采用编程计算与数值模拟对比分析的方法对多元混合制冷剂离心压缩机压缩性能进行了研究;建立了离心压缩机叶轮损失模型并利用MATLAB编程计算不同混合制冷剂重组分配比和不同进口温度下离心叶轮压比及多变效率;通过ANSYS-CFX基于SST湍流模型对相同工况下离心叶轮内部流场及压缩性能进行分析。结果表明数值模拟性能参数变化趋势与编程计算所得结果基本一致,叶轮多变效率随进口温度升高而呈现先升高后降低的趋势;混合制冷剂中重组分的增加会使压缩过程压比升高,叶轮损失减小,叶轮多变效率升高;研究结果可为混合制冷剂离心压缩过程进口参数的优化设计提供理论参考。

本文针对离心压缩机喘振的实验数据,采用小波分析,发现喘振先兆的频率与后来发生的喘振频率接近,且喘振先兆和喘振均为周期性的脉动.用分维数方法进行处理分析,通过计算压缩机系统不同工况下的关联维数,可以看出关联维数是信号复杂程度的度量.以上工作为实施喘振的主动控制提供了依据.

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。

以某离心式压缩机齿轮-转子系统为研究对象,建立多平行齿轮轴ADAMS模型,从转速与啮合力两个方面验证了模型的有效性,并在考虑载荷以及偏差量的影响下针对轴线偏差故障进行了啮合力仿真分析。研究表明齿轮轴线平行度偏差对齿轮啮合力均值无明显影响,但引起其振动幅值的增大,加剧了非线性现象;负中心距偏差下啮合力振动幅值变大,正中心距偏差下啮合力振动幅值与载荷大小有关,但两种中心距偏差均没有引起啮合力频域成分和均值的明显变化。

将离心压缩机简化为三圆盘的转子轴承系统后,通过分析离心压缩机的运转机理,得到影响系统稳定的条件,进行参数优化,使其能够更好地运转。在三圆盘结构转子轴承系统受到Alford力和可倾瓦轴承支撑影响下,对转子轴承系统进行了稳定性分析。

使用ANSYS软件对主氦风机的叶轮进行模型建立和数值模拟,分别对叶轮的叶片出口安装角为27.5°~37.5°和叶片数为15~19的氦气压缩机进行建模和仿真计算,分析叶轮叶片出口安装角和叶片数对氦气压缩机内部流场和效率的影响。结果表明:随着叶片出口安装角的增大,叶轮的出口压力增加,但压缩机的多变效率下降;随着叶轮叶片数的增加,叶轮出口压力增加,在70%设计流量工况下,减少叶轮叶片数会导致压缩机多变效率下降;当流量大于设计流量时,增加叶片数则导致压缩机多变效率下降。

利用计算软件中的UDF功能，将非均匀入口速度分布程序与CFD的核心求解器链接，实现了非均匀性入口边界条件对压缩机级性能影响的数值研究。对入口速度沿径向的非均匀分布，在全量程范围内，对压缩机级多变效率、能量头系数等曲线的影响进行了对比分析，得出了受入口速度非均匀性影响，压缩机级性能的变化趋势，为压缩机实际运行当中变入口条件后性能的预测提供参考。

利用三维数值模拟的方法对一跨音速离心压缩机进行了气动设计优化分析，研究了变叶片数和分流叶片结构对叶轮以及级性能的影响。结果表明：在固定叶片数下，不同长度的分流叶片在小流量下性能差距不大，但是在大流量工况下，带有长分流叶片的叶轮性能迅速下降；不应该简单地选择长叶片的截短作为分流叶片，分流叶片的型线优化同样有必要，也应该引起足够的重视；对本文算例，通过对不同叶片数、不同分流叶片形式的研究，最终确定18～20为最佳叶片范围，其整体性能优于原设计。

对单级跨音速离心压缩机具有对称和非对称两种形式的圆形截面蜗壳的内部流动进行数值研究，分析蜗壳内部流动以及蜗壳与扩压器相互作用所导致的流动现象和不同工况条件下蜗壳进口周向流动的不均匀性以及两种蜗壳布置形式下各部件的流动损失。计算结果表明：在设计流量下和大流量下，对称蜗壳的蜗舌附近叶片扩压器通道中出现了回流，发生位置都在叶片扩压器叶片凸面；偏心蜗壳仅在大流量时出现回流现象，蜗舌附近区域内部流动情况略好于对称蜗壳。在非设计流量下，静止部件内部损失均大于设计流量，其中在大流量下尤为明显：扩压器内部损失在静止部件总损失中均占到80％以上，蜗壳内部损失小于20％；小流量下叶片扩压器内部损失所占比例小于大流量工况。

径向吸气室作为离心压缩机中重要的静止元件逐渐获得了行业内研究人员的重视。本文基于数值模拟方法，以一台离心压缩机的径向吸气室为研究对象，对其某些几何参数和结构进行了改进。结果表明，改进后吸气室内部的气体流动得到改善，在设计流量下吸气室的总压损失系数明显下降，多变效率提高了5％，吸气室出口气流参数分布的均匀性也有所改善。