第九章

1、第九章 三元流動(dòng)理論與三元葉輪設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述,,§9-1 三元流理論及應(yīng)用一、 三元流理論研究三種發(fā)展趨向1 變粘性流體三維流動(dòng)為理想流體兩種交叉面上的兩組二維流動(dòng)的相互迭代求解2 利用簡(jiǎn)化湍流模型求解粘性湍流流動(dòng)的奈維－斯托克斯方程3 直接數(shù)值模擬二、實(shí)用方面葉片既彎又扭的三元葉輪，擴(kuò)大流量，提高效率，提高單級(jí)壓比，較寬變工況流量擴(kuò)大到 b2/D2 > 0.065-0.1級(jí)效率提高到 80－

2、86％,§9-2 三元流動(dòng)基本方程,一、連續(xù)方程,二、運(yùn)動(dòng)方程式,§9-2 三元流動(dòng)基本方程,三、能量方程,§9-2 三元流動(dòng)基本方程,四、狀態(tài)方程,§9-3 簡(jiǎn)化計(jì)算模型,S1，S2流面理論,簡(jiǎn)化流面理論,上若干流線為母線的回轉(zhuǎn)面,§9-4 離心式三元葉輪三元流動(dòng)的求解方法,一、求解方法1 流函數(shù)法2 速度梯度法,二、求解命題1 正命題：分析問題，已知幾何形狀（葉輪的葉

3、片，盤、蓋的形狀和尺寸）， 求解葉輪內(nèi)部的速度分布和壓力分布2 逆命題：設(shè)計(jì)問題，已知速度分布求幾何形狀（三元葉輪）。它實(shí)際上是選 用一元流動(dòng)設(shè)計(jì)出葉輪的直徑，寬度，輪盤和輪蓋型線，葉片數(shù)等 參數(shù)，要計(jì)算的是其中扭曲葉片的形狀和尺寸，故還是以一元流動(dòng) 設(shè)計(jì)計(jì)算為基礎(chǔ)。,§9-4 離心式三元

4、葉輪三元流動(dòng)的求解方法,三、正命題用速度梯度流線曲率法求解速度分布,在子午面上的投影取為S2流面,將子午面上子午流線沿軸線轉(zhuǎn)360o所構(gòu)成的回轉(zhuǎn)曲面取為S1流面,§9-4 離心式三元葉輪三元流動(dòng)的求解方法,1 子午面q準(zhǔn)正交線上的速度梯度方程,§9-4 離心式三元葉輪三元流動(dòng)的求解方法,它反映了流現(xiàn)的扭曲，又是由計(jì)算二階導(dǎo)數(shù)求得，代表了公式中最高階的導(dǎo)數(shù)，故稱為流線曲率法,§9-4 離心式三元葉輪三元

5、流動(dòng)的求解方法,連續(xù)方程校核,葉片中心骨架面方程,§9-4 離心式三元葉輪三元流動(dòng)的求解方法,2 回轉(zhuǎn)面上的流動(dòng),3 求解簡(jiǎn)化步驟（1）采用流面理論，給定流面的空間形狀，在流面上討論流體的流動(dòng)，利用 流面約束方程，把三維問題化為兩組二維問題。（2）在中心相對(duì)流面的子午投影面上，取若干準(zhǔn)正交線，在該線上討論流面 流動(dòng)問題，利用q曲線的約束方程進(jìn)一步把流面上流動(dòng)的二維問題化為一

6、 維問題，使空間流動(dòng)問題變得大為簡(jiǎn)化與可實(shí)際計(jì)算了。,§9-4 離心式三元葉輪三元流動(dòng)的求解方法,合理速度分布的基本要求（1）進(jìn)入葉輪時(shí)氣流不發(fā)生沖擊，氣流角為0（2）沿葉道流線的相對(duì)速度變化必須連續(xù)、光滑（3）葉道中的任何點(diǎn)上的相對(duì)速度必須是正值（4）必須避免較大的減速（5）沿葉道的減速率務(wù)必合理,§9-4 離心式三元葉輪三元流動(dòng)的求解方法,四、逆命題: 三元扭曲葉片造型設(shè)計(jì)計(jì)算,全可控渦設(shè)計(jì)離

7、心式三元葉輪：用,的分布取代氣流角,§9-4 離心式三元葉輪三元流動(dòng)的求解方法,子午流線曲率引起，而曲率主要有通道（盤蓋）形狀定,后一項(xiàng)作用小，主要前2項(xiàng)，取決于l分布，故l及其分布是控制速度分布重要手段,進(jìn)口參數(shù)和熵不均勻性引起,,,§9-4 離心式三元葉輪三元流動(dòng)的求解方法,葉片負(fù)荷及壓力分布,歐拉能量頭,一、理論方面,1 葉輪機(jī)械三元流動(dòng)逆命題研究（全可控渦方法）2 基于全三維湍流流場(chǎng)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)

8、面技術(shù)相結(jié)合的三 元葉輪設(shè)計(jì)方法和軟件技術(shù)3 試驗(yàn)研制了17個(gè)不同流量系數(shù)的三元葉輪模型級(jí)，形成一整套 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的離心壓縮機(jī)三元葉輪設(shè)計(jì)制造技術(shù) 較常規(guī)葉輪效率提高8－10％，較國(guó)外直線元素三元葉輪提高2 ％以上，流量范圍擴(kuò)大10－30％，整機(jī)效率可達(dá)82－87％，節(jié) 能2－10%. 教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng),§9-4 西安交大三元葉輪研究簡(jiǎn)介,二、產(chǎn)品制造方

9、面,西安交大賽爾機(jī)泵成套設(shè)備有限公司（交大賽爾）形成一整套離心壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及低溫透平機(jī)械的制造體系（1）12軸5坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)臥式數(shù)控加工中心 （直徑1000mm葉輪整體數(shù)控加工）（2）美國(guó)賽克沃克臥式真空釬焊熱處理裝置（葉高小于3mm輪盤整體繞制、 真空釬焊輪蓋的整個(gè)葉輪焊接技術(shù)）（3）單級(jí)性能閉式試驗(yàn)裝置（4）軸承潤(rùn)滑、平衡軸向推力和氣體密封等專門技術(shù)保證。,§9-4 西安交大三元葉輪研究簡(jiǎn)介,三