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。

用数值计算方法离心叶轮内流场的三维粘性流动，在流场计算中，利用有限体积法对三维Ｎ－Ｓ方程组进行差分离散，并应用ＳＩＭＰＬＥＲ算法来求解。在流场计算的基础上，应用速度矢量图等后处理方法来显示和研究湍流的存在与发展，并将数值模拟的结果与实验数据进行对比和分析，两者相符表明了该数值模拟的有效性。

采用高阶各向异性ｋ－ε模型（ＭＡＫＥ）和标准ｋ－ε模型（ＳＫＥ）对实验离心叶轮内设计工况下的三维湍流流场进行了数值计算，并与采用ＬＤＶ测量系统测得的实验结果进行了比较，结果表明：两种模型均能模拟出设计工况下离心叶轮内气流的流动变化及二次流动现象，但由ＳＡＫＥ模型考虑了旋转和曲率在流动过程中的影响，故在气流的分布趋势，流动方向的变化等方面，与实验值更接近。

采用SIMPLEC算法对Ghost叶轮的三维非定常流场进行了数值模拟。利用计算所得流场结果并结合Lighthill和Lowson声学方程计算了由叶片表面非定常脉动力产生的气动噪声。计算结果袁明：气动噪声的峰值主要集中在基频及其谐波附近；与静止的点声源相比，运动的点声源不仅使声场存在明显的多普勒效应，还会使声场的强度产生较大的变化；但对转速恒定的旋转点声源，加速度的变化对声场的影响可以忽略；从声场的分布来看，整个旋转叶轮可以看成是一个按简谐变化的偶极子源，数值计算结果与理论分析的结果吻合良好。

在叶轮转速n＝1500rpm对应的设计工况下,利用两维数字式粒子图像速度场仪(DPIV)对风机模型从叶轮出口至无叶扩压器区域内部流动状态进行整场测量,在'锁相'状态下获得沿扩压器宽度方向上三个径向面的瞬态速度场、涡量场的分布,并进一步对时均流场的流动特性进行全面讨论.测量结果表明:设计工况下,叶轮出口流动呈现典型的'射流-尾迹'流动结构,其对无叶扩压器内部流动状态具有深刻的影响.旋涡由叶轮叶片表面边界层的粘性切应力产生,并随流动被输运至下游无叶扩压器,然后随着流动的均匀化而逐渐消失.涡量的分布及变化反映了无叶扩压器内部流体相互掺混和能量传递、重新分布从而达到均匀化的过程.随着半径的增加,尽管无叶扩压器内流动在圆周方向亦逐渐趋于均匀化,但沿宽度方向的差距未得到改善,这将导致沿轴向α不变原则设计的叶片扩压...

近年来，随着数值计算技术的进步和电子计算机性能的提高和应用的普及，在求解工程应用中经常遇到的流体定常流动正问题中，过去因受到计算条件的限制而很少采用的直接解三元流动基本方程组的方法已得到了越来越广泛的应用，但对于求解描述实际气体真实流动状况的Navier一Stokes方程，在绝大多数实际条件下为得到定量计算的数值解常常因计算机容量、速度等的限制而无法实现，各种经过简化的湍流模型方程通常只用在作流场的定性分析。在工程使用中仍大多以忽略粘性的欧拉运动方程为主，对实际气体粘性产生的影响则根据经验数据进行总体修正。为了对粘性对流场的影响进行详尽的计算，J.D.Denton在文献 【3」 中提出了一种用分布体积力模拟粘性的方法，该模型方程介于Euler方程和N一S方程之间，用半经验的公式计算出流体中由于粘性产...

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。

为了改善离心叶轮多工况的气动性能,提出了一种基于切比雪夫算子排序的改进NSGA-Ⅱ算法,结合新颖的基于计算机图形学的双Bezier曲面参数化设计方法,并利用全三维流体动力学数值计算得到最优性能的叶轮。以某一燃料电池中的离心叶轮为研究对象,对额定工况和常用工况的等熵效率进行全局多目标寻优。优化结果表明,额定工况点等熵效率提高1.13%,质量流量提高5.47%,总压比提高1.4%。常用工况点等熵效率提高1.07%,质量流量提高8.3%,总压比提高0.35%,优化效果较为明显。

以矢量方法分析了旋转叶轮叶片间流体质点的受力及外力产生的功率，从一特殊角度导出了基本方程。这些分析和计算与传统的动量矩方法有重大区别，从根本上揭示了水流质点能量增长的原因与方式，以及叶轮流道中水流压力增长的重要规律。理论分析与叶轮内流场模拟计算结果基本一致。