为展开运动边界下离心叶轮流场的数值分析,独立开发了网格变形程序和非定常流动模拟程序,实现了流场中振动离心叶轮的气动阻尼计算。采用紧支径向基函数法进行结构到气动表面变形的数据传递,应用二叉树技术进行壁面距离的计算,大幅提高了网格变形和流场分析中距离搜索的计算效率。通过振动叶栅和径向叶轮的算例,验证了程序应用于运动边界流场计算和叶轮流场模拟的正确性。以半开式叶轮为对象,展开其在行波振动条件下气动阻尼的计算分析。结果表明,叶轮在前、后行波振动下的气动阻尼均为正,后行波振动引起的气动推力和气动阻尼较大,叶轮表面的平均气动功率密度呈现循环对称的分布特征。

研究离心叶轮压气机性能优化问题,针对发展迅速、准确预测复杂流动离心压气机的性能设计是非常必要的。传统方法用显式时间推进法效率低、收敛速度慢等缺点,采用隐式残差光顺以及基于变分原理的多重网格方法,具有计算效率高、收敛速度快等特点的数值仿真,采用改进的数值算法对内部三维粘性流场进行了数值仿真,给出了多重网格重数对收敛速度的影响,数值预测了不同流量下的流场流动情况,并与实验结果进行了比较。研究结果表明,多重网格可以有效地加速收敛,数值结果与试验结果吻合较好,改进的数值方法可以较好的预测离心叶轮的性能。

本文主要是用拓扑分析的方法，根据实验给出的流场信息，来确定流场结构的性质和研究这些性质随流动参数变化的规律，从而得到对流场特性的定性认识，这里着重讨论了离心叶轮内表面分离流态，指出叶片吸力面和压力面不同的分离形式，分析了叶片表面奇点分布规律，建立了叶道内三维流动分离模型。

针对目前准三维方法在低比转速离心叶轮的流场计算中的结果不太令人满意的现实情况，将奇点分布法用于该领域的计算，并经实例计算验证了该方法的可行性，且在计算过程中显示出该方法的简单、快捷和结果精确程度高的特点．

应用FLUENT软件对Ghost离心叶轮内部湍流流动进行了数值研究,其中湍流模型采用雷诺应力模型(RSM),转子和定子的耦合采用混合平面模型(MP)。计算结果与Johnson的试验结果基本一致,表明了RSM能较好的预测离心叶轮内的湍流流动。分析了离心叶轮内部的湍流流动特性,表明边界层内的二次流对低能流体的输运,使叶轮出口形成"尾迹-射流"现象,同时尾迹区的存在造成能量的损失,且尾迹区位置取决于无量纲数Rossby数。

通过噪声测试得到了三维频谱图,对噪声信号进行了分析,得到了叶轮外罩可能存在的激励频率,给出了基于噪声测试的叶轮外罩共振评估方法。对离心叶轮和叶轮外罩进行了有限元分析,给出了叶轮外罩与离心叶轮耦合共振的评估方法。结果表明噪声测试频谱分析所得频率成分包含了转子叶片通过频率和不确定性激励频率,通过有限元分析可以考虑离心叶轮大小叶片与叶轮外罩的耦合共振作用。试验与有限元分析相结合对叶轮外罩进行振动评估的方法可以较全面地考虑可能存在的多种形式的激励频率。

离心泵叶轮的制造精度会直接影响性能，使用Faroscanner激光3D扫描仪对离心泵叶轮进行扫描，运用QUALIFY将扫描点云与三维模型进行对比分析，分别对叶轮流道宽定歌叶片曲面形状、各处壁厚进行了误差分析，根据分析结果，对模具进行修正，使离心泵的效率提高3％，同时产品性能的一致性得到有效控制。

分别采用Cosmosworks和Ansys Mechanical软件对某大流量系数离心叶轮的强度进行了研究,表明在相同条件下,要满足相同的强度要求,两种软件计算的叶片厚度差别较大。通过试验证明,Cosmosworks软件计算结果过于保守,Ansys Mechanical软件的计算结果更接近实际。

提出在离心叶轮吸力面尾部开缝抽吸的方法,在叶片吸力面尾部对低速流体区域进行抽吸,以减弱由叶轮内二次流所导致的射流—尾迹结构。以Krain高速离心叶轮为例,建立抽吸模型,并进行了数值计算。数值仿真结果表明,在压气机流量范围内,叶轮尾部开缝抽吸可以减少叶片表面的分离区域,改善叶轮内部流场的流动状况,有效地提高离心叶轮性能。

采用准三维气动设计方法，用Bezier曲线表示环量沿轮毂和轮盘的流向分布，子午面环量分布由拉普拉斯方程确定，设计了3种不同负荷分布的离心式叶轮。采用CFD模拟，对比叶轮内流动和气动性能的优劣，结果表明：均匀加载型式的叶轮性能优于前加载或后加载的叶轮，最优设计的叶轮负荷分布是“两端小，中间大”。通过Laplace方程和Bezier多项式控制环量可以达到灵活控制叶片载荷的目的。