大型电机的冷却通常采用直叶片的离心叶轮，其内部的流动结构及其随工况的变化对叶轮性能及电机冷却效果有重要影响。为减少对实验的依赖，提高改型设计的可靠性，采用全三维的Navier—Stokes方程，建立了离心叶轮的计算机仿真模型，结合湍流模型及相应的计算网络及边界条件，可以完成对叶轮性能及内部流场的计算。用仿真模型针对一实际应用的离心冷却风机叶轮进行了数值仿真计算，并对计算结果进行了详细的对比分析，得出了不同工况下详细的流场结构，包括相对速度在叶轮通道中的分布及相对速度流线图。揭示了小流量工况下流动分离及效率降低的机理，将冷却风扇叶轮的总体性能与内部的流场结构进行了关联。研究结果表明离心叶轮内部流动分离是导致其性能下降的主要原因。

为缓解加工误差影响评估过程中的"维数灾难",结合展向平均假设和基于高斯过程的Karhunen-Loève展开,提出了一种由法向加工误差导致的三维叶片表面几何不确定性降阶模型。通过给定加工误差分布的标准差函数求解几何不确定性降阶模型,并运用伪蒙特卡洛方法随机生成样本,最终训练人工神经网络预测了加工误差对高负荷直叶栅气动性能和角区气动稳定性的影响。结果表明加工误差的影响与所处的工况有关;当处于近失速工况时,相对于原型,平均气动性能和稳定性降低,总压损失系数增大的概率约为83.29%,静压系数减小的概率约为79.20%,失速因子增大的概率约为69.10%;与设计工况相比,近失速工况下气动稳定性的不确定性增加,同时气动稳定性对于加工误差更加敏感。总压损失系数、静压系数和失速因子互相单调相关。前缘和吸力面型线的加工误差对损失影...

为了更好地控制压气机静叶角区分离,结合翼刀和涡流发生器的流动控制思想,提出一种在通道前缘端壁处设置小叶片的新型流动控制方法。以某高负荷轴流压气机叶栅为研究对象,基于数值方法深入分析了不同周向位置和安装角的小叶片对流场的影响。结果表明小叶片存在提升叶栅气动性能的最佳周向位置和安装角范围。在近失速工况附近,小叶片可减缓角区分离,提高全叶高的扩压能力,但会不可避免地增加中间叶高位置处的流动分离和气动载荷;小叶片可减少角区分离损失和尾迹损失,提高各流向位置处的静压系数;小叶片能阻碍马蹄涡压力面分支发展,减缓叶栅前缘附近的横向二次流动;从小叶片叶顶泄漏的诱导涡可将马蹄涡压力面分支推向流向,带走端壁和角区附近的低能流体,从而削弱通道涡强度。

在压气机叶片加工过程中,实际加工得到的叶片外形与设计叶型不可避免会存在一些偏差。为研究叶片叶顶间隙尺寸波动对性能的影响,以Rotor 37为研究对象,采用三维定常数值模拟方法,基于非嵌入式混沌多项式中二维正态分布变量产生方法,分别对叶片前缘叶顶间隙和尾缘叶顶间隙进行尺寸波动干扰,研究了叶顶间隙不确定性对气动性能和流场的不确定性影响,评估了公差带内叶顶间隙偏差与气动性能变化的相关性,并探究了叶顶间隙变化对叶片稳定裕度的影响机理。研究发现,叶顶间隙偏差对等背压条件下叶片质量流量、等熵效率和总压比的平均水平几乎不会造成影响;叶顶间隙偏差所造成的气动性能分布标准差随工况点向不稳定边界的逼近而逐渐增大。同时,叶顶间隙不确定性会导致样本稳定裕度均值有所降低,不确定性分析中稳定裕度均值相对原型叶片...

对于进出口管道开口的大型船用离心风机,其内部非定常流动诱发的噪声是气动噪声和振动噪声的耦合且噪声以基频为主。本文通过数值计算方法定量研究了风机最高效率点(BEP)的基频噪声辐射,包含叶轮气动噪声、壳体气动噪声和壳体振动噪声。基于声学有限元方法,利用FW-H方程耦合URANS流场计算结果数值计算了离心风机的噪声辐射;以流动诱发壳体振动的压力脉动为噪声激励源,基于声学有限元方法,计算了壳体振动噪声辐射。结果表明,壳体基频气动噪声是风机噪声的主要贡献量(87 dB),其次是叶轮基频气动噪声(71 dB),壳体基频振动噪声最小(57 dB)。噪声叠加使总噪声辐射增加了0.9 dB,但是声场的指向性没有发生变化。

为了削弱级间泄漏流对压气机性能的不利影响,提出了一种基于Coanda型几何进出口的级间结构,并以一个亚声速单级轴流压气机为研究对象,数值模拟了5°,10°,20°三种不同级间进出口几何角度对压气机性能的影响。结果表明:改进后的级间进出口几何结构使得压气机流量和效率均略有提升。分析原因是级间出口泄漏流以较小角度与主流汇合,增大了静叶进口气流的轴向速度、径向速度,使得静子通道流动堵塞程度减轻,总压损失减小,扩压能力增强。同时,新结构还减小了级间泄漏流的流量系数,改善了级间封严效果。5°,10°,20°角度下的压气机效率最大分别提升了0.68%,0.63%,0.62%。

利用商用计算流体力学软件包NUMECA FINE/TURBO对Krain叶轮内部三维粘性流场进行了数值模拟研究。重点分析了分流叶片不同周向位置对该叶轮内部流动和性能的影响,得出了不同周向位置时的叶轮效率、压比随质量流量变化关系,结合对叶轮内部流场的详细分析,给出了适合此半开式离心叶轮分流叶片周向位置的最佳设计方案。研究结果表明：分流叶片不同周向位置对叶轮流道流场影响明显,当偏向主叶片吸力面一侧时可以有效提高叶轮效率。

对串列叶片式离心风机叶轮的内部流场采用NUMECA软件进行了数值模拟研究，分析了串列叶轮不同相对周向位置因子对离心叶轮性能的影响，并对串列叶轮与原始叶轮进行了详细的流场对比分析。结果表明：相对周向位置因子对离心叶轮性能影响较大，当相对周向位置因子取0．05～0．20时串列叶轮在性能上均有所提高且取0．10时性能达到最好；串列叶片能有效地削弱叶轮出口射流一尾迹结构对流场的影响，改善叶轮出口的速度均匀性，对控制风机的气动噪声有十分有利的影响。

针对进出口连接有长管道的离心风机系统,其外部辐射噪声主要是内部非定常流动诱发蜗壳振动产生的振动噪声。基于风机振动噪声问题,给出了一种考虑振声耦合作用的流场-结构-声场单向耦合数值计算方法,并通过振动试验验证了此单向耦合数值计算方法的有效性,随后基于声辐射贡献量分析(PACA)方法定量的给出了噪声源位置。研究表明:振动噪声的基频分量占据主导地位,蜗壳表面声压主要由蜗壳表面振动速度或是振动加速度决定。噪声源分析表明,蜗壳侧板出口靠近蜗舌区域、蜗壳前、后板距离蜗舌180°附近区域是蜗壳基频振动噪声辐射的主要振动噪声源。

利用NUMECA软件对一离心风机的孤立叶轮进行气动优化研究，将原始叶片的叶型中弧线进行优化，以提高叶轮的绝热效率。共进行了3种不同方式的优化，采用单一变量法对不同优化方式的优化效果进行了比较分析。优化后，绝热效率都有不同程度的提高，有效地削弱了流动分离，减小了流动损失，流况得到不同程度的改善，表明以数值气动优化来提高叶片气动性能的方法是有效的。不同优化方式的优化效果不同，表明参数化方式以及优化工况点的选取对优化效果有重要影响。