以离心风机为研究对象,设计构建了用于内部流场激光测量的离心风机试验台,离心风机全部由透明度较高的材料制成.对PIV技术测量叶轮机械内部流动的应用进行了探索和实践,合理设置系统光路,优化筛选PIV示踪粒子和PIV双曝光时间间隔,最后采用PIV测量技术详细测量了某一运行工况下有叶扩压器的内部流场,给出了有叶扩压器不同轴向位置处流场的试验测量结果,并简要讨论了有叶扩压器的内部流动.

采用正问题设计方法设计了一个压比为4.2的离心压气机模型。根据压缩系统边界条件约束,首先进行了一维计算,获取叶轮的轮廓图,然后采用参数化建模方法建立了含分流叶片的三维模型,运用CFX软件对不同叶片稠度下的叶轮气动热力学进行了对比数值计算,分析叶轮内部流场及其性能,最终选定9叶片的叶轮为最佳方案。在扩压器的设计方面,提出了一种叶片高度逐渐增加的有叶扩压器模型,并使用CFX对设计的扩压器模型与普通的扩压器进行了数值计算,定量分析其扩压机理及其总压损失特性,计算结果表明所设计的扩压器扩压效果明显优于普通的扩压器。所得结果可为离心式压气机的气动设计提供理论参考。

斜流风机采用轴向入口方式的蜗壳设计使机构更紧凑。考虑蜗壳与斜流叶轮整体匹配设计中内流增效减损机制，按照气体自由流动轨迹设计蜗壳型线；通过内流匹配分析，比较了流叶轮对称和不对称两种轴向蜗壳入口方式，不对称蜗壳静压分布较好；单向涡流束取代了对称蜗壳中的双向涡流，从而避免了由于双向涡流引起的中间层的分离，减少了耗散损失，提高了外特性性能。在此基础上设计了几种轴向非对称蜗壳，比较了小直径轴向内蜗壳斜流风机采用无叶扩压器和有叶扩压器两种配置方案的内流场。指出了斜流叶轮设置导向叶片扩压器有利于提高风机性能，因此在斜流风机中推荐使用叶片扩压器。