基于CFD设计了一款转速60000 r/min、压比7、流量1.5 kg/s的大推力压气机,采用spalart-allmaras湍流模型和Navier-Stokes方程组对压气机叶轮内的气体流动及其工作范围进行了数值模拟,分析了60000 r/min转速时最高效率点附近的相对马赫数和流线云图,开展了非设计转速下的流场分析,计算了不同转速下的工况,研究了设计转速下叶轮入口处激波和射流尾迹的流动情况。研究结果表明:设计工况条件下,等熵效率为84.25%,压比为8.167;转速从48000 r/min到54000 r/min时,等熵效率提高,流场改善,气动损失减小;压气机转速从60000 r/min增加到72000 r/min时,压气机等熵效率、气动损失减小、稳定工作范围收窄;高压叶轮的主要气动损失为叶片表面的激波损失、叶尖间隙损失、二次流损失及吸力面尾缘的低能流体。

采用ANSYS CFX软件对叶轮进行数值模拟分析,发现效率低的原因,提出改进方法。在Blade Gen程序中不断改进叶轮形状并进行数值模拟,找出满足性能要求的叶轮。经过整级性能测试,在设计点处多变效率提高了6.2%,并且具有更为宽广的稳定工作范围。

设计了单级总压比9.5、流量1.95 kg/s的离心压气机,该压气机分为叶轮、径向扩压器和轴向扩压器三个部分。叶轮初步设计采用自编程的方法,叶型使用了双分流叶片,通过软件Numeca对叶轮进行了数值模拟,分析了入口激波和出口射流尾迹等流动结构;从性能和流场细节两方面比较了三种形式的径向扩压器。结果发现,扩压器入口收缩可以抑制回流,楔形扩压器的扩压性能明显优于无叶扩压器。

介绍了某高压比轴流试验压气机机组的基本结构和设计特点。经部分工况的试验运行,该机组技术性能方面基本达到设计预期。该机组的设计研制对发展重型燃气轮机技术具有重要意义，