IRAN1600增压机气动设计报告Word文档格式.docx
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三、三维详细设计
一维设计完成后，结合CFD软件，对子午面型线分布和叶片角度分布进行了设计和优化。
考虑到不确定采用整体直接铣制，还是焊接轮盖，所以采用了直纹面叶片，并在三维建模软件中进行了优化，提升叶片加工质量。
为了获得较大的流量范围和高效区范围，采用了大后弯叶轮。
叶片形状见图1，叶片几何数据见电子版的叶轮三维模型和附表二。
叶轮子午面型线坐标见附表一。
9
图1叶轮三维模型
四、设计工况CFD分析
4.1计算网格与边界条件
整周叶轮加蜗壳计算几何模型见图2，网格数和设计工况边界条件见表3。
表3网格数与设计工况边界条件
叶轮网格数
5687110
蜗壳网格数
1232803
湍流模型
k-Epsilon
叶轮与扩压器表面粗糙度
Ra=3.2
蜗壳内表面粗糙度
Ra=12.5
进口总压
0.6683MPa
进口总温
289K
出口静压
0.84MPa
43000RPM
图2叶轮加蜗壳组合计算几何模型
4.2设计工况CFD计算结果
子午面静压分布见图3。
图中显示叶轮和扩压器中静压分布均匀，满足性能要求。
叶片表面静压分布见图4。
图中显示，叶片表面静压分布均匀上升，前缘位置静压分布曲线分得较开，没有出现交叉，说明叶轮处于正攻角状态。
该压气机压比较低，适宜采用相对较大的正攻角，这有利于拓宽流量范围。
图3叶轮子午面静压分布 图4叶片表面静压分布
图5、6、7分别是10%、50%、90%叶片高度回转面马赫数分布。
图中显示，叶片进口三角区马赫数低于0.6，无激波损失。
叶尖中部吸力面存在一较小的低速区，这是由于二次流堆积
引起的。
该区域范围较小，并且没有沿着叶片方向继续发展，说明二次流堆积程度不严重，属于正常现象。
图8、9、10分别是10%、50%、90%叶片高度回转面速度矢量分布，图中显示，叶片表面无气流分离，流场分布较好。
图590%叶片高度马赫数分布 图650%叶片高度马赫数分布
图710%叶片高度马赫数分布 图890%叶片高度速度矢量分布
图950%叶片高度速度矢量分布 图1010%叶片高度速度矢量分布
图11叶尖间隙泄漏流流线分布图18蜗壳流道表面静压分布
五、压气机性能预估
图11是蜗壳流道表面静压分布，图中显示蜗壳内静压分布均匀，能使机组获得较大的流量覆盖范围和高效区，说明叶轮设计满足蜗壳的要求，与蜗壳匹配较好。
图12是CFD计算的压气机性能曲线（计算结果数据见附表三）。
转速43000rpm时，压比略高于设计要求。
设计工况等熵效率接近85%。
计算时虽然考虑了表面粗糙度的影响，但是没有考虑进口轮盖密封的泄露，所以压气机实际效率比计算值低大约2%。
预计压气机设计工况效率约83%，高于设计要求值。
压气机喘振点流量约为设计流量的50%，流量范围大于设计要求，能很好的满足使用要求。
#0....
压比
#,##0.00;
[Re31]-#,##0....
[Re31]-#,##0. 46000
设计工况
[Re31]-#,##0. 43000
[Re31]-#,##0. 40000
82
84
80
[Re31]-#,#
36000
75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.
流量
图12压气机MAP图
六、结论
1.在考虑叶轮和蜗壳流道表面粗糙度的情况下，压气机计算效率接近85%，考虑轮盖泄露后约83%，高于要求值；
2.喘振点流量约为设计工况的50%，小于设计要求的70%，能很好的满足使用要求。
七、附表
附表一叶轮子午面型线坐标
叶根
叶尖
Z
R
-11.6
-18.5
-11.0931
14.5535
-18.1154
28.8714
-10.5961
14.873
-17.7322
28.9505
-10.1097
15.2082
-17.3507
29.037
-9.63431
15.559
-16.971
29.1313
-9.1705
15.925
-16.5933
29.2334
-8.71875
16.3057
-16.2179
29.3437
-8.27944
16.7008
-15.8451
29.4623
-7.85295
17.1096
-15.4752
29.5894
-7.43957
17.5317
-15.1083
29.7253
-7.03953
17.9665
-14.7449
29.8701
-6.653
18.4133
-14.3852
30.0241
-6.28011
18.8716
-14.0297
30.1874
-5.9209
19.3406
-13.6788
30.3603
-5.57536
19.8199
-13.3327
30.5428
-5.24344
20.3086
-12.992
30.7351
-4.92503
20.8063
-12.6571
30.9373
-4.61998
21.3123
-12.3285
31.1495
-4.3281
21.8259
-12.0065
31.3717
-4.04917
22.3468
-11.6916
31.6039
-3.78289
22.8742
-11.3843
31.846
-3.52907
23.4077
-11.0849
32.0979
-3.28739
23.9468
-10.794
32.3594
-3.05741
24.491
-10.5118
32.6304
-2.83898
25.04
-10.2388
32.9105
-2.63168
25.5932
-9.97509
33.1995
-2.43517
26.1504
-9.72104
33.4971
-2.24913
26.7112
-9.47683
33.8027
-2.07319
27.2752
-9.24257
34.116
-1.90703
27.8422
-9.01834
34.4366
-1.7503
28.4118
-8.80417
34.764
-1.60265
28.9839
-8.6
35.0977
-1.46377
29.5582
-8.40574
35.4373
-1.33336
30.1344
-8.22125
35.7823
-1.2111
30.7124
-8.04633
36.1322
-1.09661
31.2921
-7.8808
36.4867
-0.98952
31.8731
-7.72428
36.8452
-0.88951
32.4554
-7.57635
37.2074
-0.79651
33.0388
-7.43698
37.573
-0.71055
33.6234
-7.30624
37.9417
-0.63082
34.2088
-7.18319
38.3131
-0.55689
34.795
-7.06713
38.6867
-0.48876
35.3819
-6.95808
39.0624
-0.42631
35.9694
-6.85589
39.44
-0.36923
36.5574
-6.76008
39.8194
-0.31721
37.146
-6.67018
40.2001
-0.27002
37.7349
-6.58583
40.5821
-0.22744
38.3242
-6.5067
40.9653
-0.18927
38.9138
-6.43243
41.3494
-0.15528
39.5036
-6.36269
41.7343
-0.12524
40.0937
-6.29709
42.12
-0.09896
40.6839
-6.23533
42.5064
-0.07628
41.2743
-6.17712
42.8932
-0.05699
41.8648
-6.12218
43.2806
-0.04084
42.4554
-6.07003
43.6683
-0.02752
43.0461
-6.02019
44.0563
-0.01682
43.6368
-5.97231
44.4446
-0.00872
44.2276
-5.92635
44.8332
-0.00321
44.8184
-5.88231
45.2219
-0.00031
45.4092
-5.84019
45.6108
-5.8
附表二叶片型线坐标
25%叶片高度
50%叶片高度
75%叶片高度
X
Y
31.2914
33.7172
0.0000
31.2954
33.7135
-1.4500
31.2989
33.7103
-2.9000
31.3018
33.7076
-4.3500
31.3038
33.7057
-5.8000
31.3320
33.5229
0.0001
31.3318
33.5369
-1.4518
31.3314
33.5507
-2.9037
31.3306
33.5641
-4.3557
31.3291
33.5772
-5.8078
31.3713
33.3287
0.0002
31.3672
33.3604
-1.4537
31.3629
33.3912
-2.9076
31.3585
33.4208
-4.3615
31.3537
33.4489
-5.8157
31.4091
33.1349
31.4013
33.1842
-1.4557
31.3935
33.2320
-2.9115
31.3856
33.2777
-4.3674
31.3776
33.3207
-5.8237
31.4457
32.9412
-0.0001
31.4343
33.0081
-1.4578
31.4230
33.0729
-2.9156
31.4119
33.1348
-4.3735
31.4007
33.1927
-5.8317
31.4808
32.7477
-0.0004
31.4661
32.8323
-1.4601
31.4516
32.9141
-2.9197
31.4373
32.9920
-4.3796
31.4232
33.0649
-5.8399
31.5145
32.5545
-0.0008
31.4966
32.6567
-1.4624
31.4791
32.7554
-2.9240
31.4618
32.8494
-4.3858
31.4451
32.9372
-5.8482
31.5468
32.3616
-0.0014
31.5260
32.4813
-1.4649
31.5055
32.5969
-2.9284
31.4855
32.7070
-4.3921
31.4662
32.8097
-5.8566
31.5696
32.2196
-0.0018
31.5475
32.3478
-1.4668
32.4701
-2.9320
31.5052
32.5850
-4.3977
31.4853
32.6906
-5.8646
31.6066
31.9784
-0.0027
31.5825
32.1209
-1.4703
31.5593
32.2546
-2.9382
31.5372
32.3775
-4.4072
31.5165
32.4881
-5.8783
31.6551
31.6385
-0.0042
31.6283
31.8013
-1.4754
31.6030
31.9509
-2.9474
31.5794
32.0853
-4.4211
31.5576
32.2029
-5.8982
31.7110
31.2011
-0.0060
31.6814
31.3899
-1.4817
31.6538
31.5600
-2.9588
31.6284
31.7092
-4.4386
31.6055
31.8360
-5.9232
31.7692
30.6675
-0.0095
31.7372
30.8883
-1.4909
31.7074
31.0835
-2.9744
31.6805
31.2508
-4.4618
31.6569
31.3890
-5.9560
31.8236
30.0399
-0.0149
31.7900
30.2983
-1.5030
31.7589
30.5232
-2.9941
31.7310
30.7120
-4.4906
31.7073
30.8638
-5.9963
31.8675
29.3210
-0.0225
31.8339
29.6225
-1.5185
31.8026
29.8816
-3.0185
31.7748
30.0950
-4.5256
31.7522
30.2626
-6.0447
31.8936
28.5141
-0.0332
31.8623
28.8642
-1.5381
31.8327
29.1616
-3.0482
31.8065
29.4030
-4.5675
31.7866
29.5886
-6.1022
31.8943
27.6237
-0.0476
31.8684
28.0272
-1.5627
31.8429
28.3671
-3.0843
31.8206
28.6397
-4.6177
31.8057
28.8456
-6.1706
31.8621
26.6548
-0.0672
31.8454
27.1166
-1.5935
31.8273
27.5028
-3.1283
31.8117
27.8095
-4.6780
31.8051
28.0382
-6.2521
31.7896
25.6136
-0.0932
31.7867
26.1378
-1.6322
31.7800
26.5740
-3.1819
26.9176
-4.7503
31.7807
27.1714
-6.3490
31.6695
24.5072
-0.1276
31.6861
25.0976
-1.6807
31.6956
25.5868
-3.2473
31.7056
25.9701
-4.8372
31.7295
26.2512
-6.4644
31.4953
23.3436
-0.1721
31.5378
24.0031
-1.7409
31.5693
24.5481
-3.3267
31.6003
24.9735
-4.9412
31.6495
25.2840
-6.6016
31.2610
22.1318
-0.2289
31.3368
22.8628
-1.8154
31.3973
23.4656
-3.4229
31.4565
23.9350
-5.0658
31.5401
24.2768
-6.7645
30.9612
20.8815
-0.3007
31.0789
21.6853
-1.9069
31.1765
22.3475
-3.5391
31.2729
22.8623
-5.2146
31.4020
23.2370
-6.9575
14
30.5919
19.6034
-0.3903
30.7612
20.4804
-2.0185
30.9055
21.2026
-3.6788
31.0496
21.7636
-5.3918
31.2377
22.1722
-7.1851
30.1503
18.3088
-0.5009
30.3820
19.2581
-2.1539
30.5840
20.0398
-3.8461
30.7882
20.6471
-5.6013
31.0509
21.0900
-7.4508
29.6350
17.0094
-0.6359
29.9412
18.0287
-2.3165
30.2133
18.8684
-4.0443
30.4921
19.5210
-5.8469
30.8473
19.9984
-7.7594
29.0465
15.7173
-0.7986
29.4404
16.8027
-2.5100
29.7967
17.6977
-4.2779
30.1665
18.3937
-6.1336
30.6334
18.9045
-8.1125
28.3872
14.4447
-0.9934
28.8831
15.5906
-2.7390
29.3391
16.5364
-4.5508
29.8175
17.2728
-6.4630
30.4166
17.8154
-8.5113
27.6616
13.2032
-1.2237
28.2745
14.4022
-3.0063
28.8468
15.3931
-4.8654
29.4528
16.1655
-6.8375
30.2046
16.7375
-8.9544
26.8765
12.0041
-1.4927
27.6219
13.2468
-3.3150
28.3277
14.2754
-5.2243
29.0808
15.0784
-7.2568
30.0044
15.6762
-9.4384
26.0408
10.8574
-1.8037
26.9341
12.1328
-3.6676
27.7909
13.1902
-5.6278
28.7100
14.0171
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