以N2、CH4、C2H4、C3H8、C4H10、i-C4H10六元混合制冷剂离心压缩机为研究对象,对混合制冷剂用离心压缩机叶轮进行研究与分析,完成冷剂压缩机叶轮及扩压器的一维方案设计和子午流道修正;通过数值模拟方法对改变甲烷含量的六元混合制冷剂在叶轮流动过程中的物性参数变化进行分析,研究六元混合制冷剂中甲烷含量对叶轮出口压力场、速度场及压缩机多变效率的影响。结果表明设计叶轮满足性能要求,混合制冷剂中甲烷含量过多会增加压缩机功耗,降低多变效率,数值模拟结果为叶轮增压过程中的混合制冷剂配比研究提供参考。

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。

采用数值计算方法来研究离心叶轮内的二次流和射流一尾迹结构，通过改变叶片和采用长短叶片结构等方法分析其对离心叶轮内流场的影响，并得出了两项结论。

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...

叶轮的3D模型是CFD数值模拟和CAM加工的前提。为获得离心泵叶轮的3D参数化模型,本文用VB对Solid Works进行二次开发,基于木模图扭曲叶片表面的型值点,采用无原型参数化方法实现了扭曲叶片的3D参数化模型;采用特征建模技术实现了离心泵叶轮前/后盖板的3D参数化模型。提出基于零部件在装配体中的空间坐标实现离心泵叶轮的参数化虚拟装配。该方法所建叶轮模型精度高,对后期特性分析和数控加工有实用价值。

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。