为研究气动探针在测量跨音速流场时的形变和模态,并考虑材质的影响,采用单向流固耦合方法,对不锈钢、氧化锆和氧化铝三种材质的锥形探针进行数值计算。使用Q准则对流场中涡结构进行分析,对探针进行结构分析获取探针总形变量及顶部位移。同时对探针进行模态分析,以获取其固有频率和模态振型。结果表明流场中涡结构分布将影响探针形变量及偏移方向。较其他两种材质,氧化铝材质的最大偏移位移和顶部位移均为最小,但固有频率最高。材质差异对固有频率有一定的影响,但不改变模态振型。

采用CFD方法对某离心风机流场进行计算,首先将计算所得的风机总压升和效率与试验数据进行对比,验证了计算方法的准确性和可靠性。再对比计算不同叶片尾缘形状对风机气动性能的影响,通过叶轮流场速度矢量和相对马赫数的分布,对比各计算模型之间的差别,得出结论椭圆型尾缘有助于改善叶片出口流动,提高叶轮效率,但也会导致叶轮总压升的降低。

针对透平膨胀机喷嘴叶片动静部件间隙流动损失问题,首先对喷嘴叶片膨胀比进行计算,并与实验数据进行对比,验证计算方法的准确性和可靠性,然后对加装孔型阻尼密封前后的喷嘴气动性能进行对比计算,结果表明,对于本文计算模型,加装孔型阻尼密封使得喷嘴叶片膨胀比提高1%,焓损失降低5%,且动静部件间隙减小50%后,喷嘴叶片膨胀比进一步提高1%,焓损失进一步下降5%。

对影响空调器贯流风机性能的叶轮尺寸参数、蜗舌间隙和蜗壳间隙分别进行试验比较，得出了该空调器贯流风机较佳的结构参数值，从而改善了其气动和噪声性能。

利用商业计算流体力学（CFD）软件Fluent对某小流量高压离心风机的空气动力性能和三维流场进行了数值模拟。为了更好地与试验测试数据进行对比，建立了基于GB／T1236—2000标准试验装置的物理模型。通过数值计算与试验结果的分析比较，表明数值模拟计算方法是可行的。

在保证机壳和进出口连接尺寸不变前提下,对9-19系列No.5.6离心风机叶轮进行改型,使用CFD数值计算软件Fluent分别对原模型和改型后模型进行整机全流场三维数值模拟,通过＂模拟-改进-模拟＂的过程,得到最优模型,使整机在设计工况点性能不变的前提下,内效率提高5%。对原型和优化叶轮制造样机,进行对比试验,验证数值计算的正确性。最终完成9-19系列风机＂在役再制造＂的优化改型。

应用耗散能原理建立了复合材料层合板的阻尼预测分析模型,对复合材料层合板进行三维有限元模态分析,求出各个模态下的应力、应变分量。根据模态分析结果,从单向复合材料的阻尼性能参数出发,利用层合板应变能、耗散能和结构模态阻尼的关系求出各个模态对应的模态阻尼损耗因子。利用该方法,分别计算了单向层合板和对称层合板的结构模态阻尼损耗因子。数值计算结果与已有的理论分析和试验结果相比吻合较好,从而验证了该方法的合理性,该方法还可以比较三维应力分量对阻尼的贡献。

采用有限元方法,首先对钢制离心叶轮工作时在离心力作用下的应力进行了计算和分析。在此基础上,对复合材料离心叶轮在离心力载荷条件下的最大应力和固有频率进行了计算评估。预测纤维复合材料层压结构极限强度对叶轮安全设计和轻量化设计是至关重要的,失效判定采用Tsai-Wu失效准则,为避免因共振使叶轮设计寿命明显降低,计算了叶轮的固有频率和模态振型以分析其动态特性。结果表明,复合材料碳纤维/环氧树脂可承受叶轮线速度在605m/s运行时的应力,在风机启停工作转速范围内没有共振转速相匹配。本文研究结果为纤维增强复合材料风机叶轮的设计及应用奠定了基础。

对新比隆A7离心压缩机叶轮与CR-2隔板形成的基本级、基本级与基本级不同间距的串联级、进气室与基本级组合、末级等4种情况进行CFD计算仿真、比较了基本级CFD计算结果与新比隆试验值一致性并分析了通流不同匹配状态下对基本级气动特性的影响;基于上述研究,作者完成一台4级离心压缩机器设计制造,开展了整机的匹配试验验证。试验结果对如何利用基本级通向多级离心压缩机械高效与安全运行的设计与研究具有一定借鉴作用。

综述了目前国内外离心叶轮反问题气动设计评价现状与局限性，结合工程实际，从反问题气动计算设计过程自然形成的速度场与求解出的叶轮几何参数出发，开展二维不可压叶片表面边界层及损失、叶轮内扩压水平、叶轮进口诱导速度比、叶片进口前缘冲角及相对马赫数计算，对反问题气动设计计算进行气动效率、失速点、阻塞点简易定量评估。这些评价结果与CFX计算比较，对应相对误差约为2．6％-6．1％，完全满足工程设计需求，可对透平机械工业设计作出快速评价提供借鉴。