受高效飞行鸟类翼型结构启发,尝试采用叶轮仿鸮翼设计结合子午流道型线参数优化设计提高离心压缩机的气动性能。首先,提取具有优良气动性能的长耳鸮翅膀展向40%截面处翼型进行仿生逆向重构,基于鸮翼厚度分布特征进行离心压缩机叶轮的仿生设计;然后,采用拉丁超立方抽样、BP神经网络拟合、遗传算法寻优对叶轮叶顶侧子午流道型线进行参数优化,并对优化设计前后的离心压缩机气动性能及其流动特性进行数值分析。结果表明采用提出的叶轮仿生设计耦合子午流道参数优化方法,离心压缩机内部流场得到改善,气动性能得到提升。设计工况下,优化后的离心压缩机多变效率提高了3.16%,压比提升了2.61%;叶轮内部及叶片扩压器出口的高熵区域缩小,流动分离得到有效抑制,同时叶片表面载荷增大且分布更加均匀,叶轮做功能力增强。

采用SST湍流模型对某三级轴流压缩机内部流场进行模拟,获得该轴流压缩机的多变效率、压比、喘振裕度等气动性能参数。为了验证数值计算方法的准确性,对该轴流压缩机进行了性能试验。试验结果表明,该轴流压缩机采用的分析方法是准确的、可靠的,从而确保该轴流压缩机气动性能满足设计要求。

轴流压缩机原型机一般尺寸大。受到试验台位功率、转速、空间等试验条件的限制,相关厂商通常不具备对原型机进行气动性能试验的条件。此时,一般根据相似原理,对模型机进行气动性能试验,从而获得原型机的气动性能。当模型机与原型机的模化比较小时,通过相似原理获得的原型机气动性能不准确。本文提出一种轴流压缩机模型机与原型机的性能映射方法,该方法能够解决模型机与原型机的模化比较小时,通过相似原理获得的原型机气动性能不准确的问题,从而可以获得更加准确的原型机的气动性能。