第九章三元流动理论与三元叶轮设计简述

1、第九章 三元流动理论与三元叶轮设计简述9-1 三元流理论及应用一、 三元流理论研究三种发展趋向1 变粘性流体三维流动为理想流体两种交叉面上的两组二维流动的相互迭代求解2 利用简化湍流模型求解粘性湍流流动的奈维斯托克斯方程3 直接数值模拟二、实用方面叶片既弯又扭的三元叶轮，扩大流量，提高效率，提高单级压比，较宽变工况流量扩大到 b2/D2 0.065-0.1级效率提高到 80869-2 三元流动基本方程一、连续方程二、运动方程式9-2 三元流动基本方程三、能量方程9-2 三元流动基本方程四、状态方程9-3 简化计算模型S1，S2流面理论简化流面理论上若干流线为母线的回转面9-4 离心式三元叶轮三

2、元流动的求解方法一、求解方法1 流函数法2 速度梯度法二、求解命题1 正命题：分析问题，已知几何形状（叶轮的叶片，盘、盖的形状和尺寸）， 求解叶轮内部的速度分布和压力分布2 逆命题：设计问题，已知速度分布求几何形状（三元叶轮）。它实际上是选 用一元流动设计出叶轮的直径，宽度，轮盘和轮盖型线，叶片数等 参数，要计算的是其中扭曲叶片的形状和尺寸，故还是以一元流动 设计计算为基础。9-4 离心式三元叶轮三元流动的求解方法三、正命题用速度梯度流线曲率法求解速度分布在子午面上的投影取为S2流面将子午面上子午流线沿轴线转360o所构成的回转曲面取为S1流面9-4 离心式三元叶轮三元流动的求解方法1 子午面

3、q准正交线上的速度梯度方程9-4 离心式三元叶轮三元流动的求解方法它反映了流现的扭曲，又是由计算二阶导数求得，代表了公式中最高阶的导数，故称为流线曲率法9-4 离心式三元叶轮三元流动的求解方法连续方程校核叶片中心骨架面方程9-4 离心式三元叶轮三元流动的求解方法2 回转面上的流动3 求解简化步骤（1）采用流面理论，给定流面的空间形状，在流面上讨论流体的流动，利用 流面约束方程，把三维问题化为两组二维问题。（2）在中心相对流面的子午投影面上，取若干准正交线，在该线上讨论流面 流动问题，利用q曲线的约束方程进一步把流面上流动的二维问题化为一 维问题，使空间流动问题变得大为简化与可实际计算了。9-4

4、 离心式三元叶轮三元流动的求解方法合理速度分布的基本要求（1）进入叶轮时气流不发生冲击，气流角为0（2）沿叶道流线的相对速度变化必须连续、光滑（3）叶道中的任何点上的相对速度必须是正值（4）必须避免较大的减速（5）沿叶道的减速率务必合理9-4 离心式三元叶轮三元流动的求解方法四、逆命题: 三元扭曲叶片造型设计计算全可控涡设计离心式三元叶轮：用的分布取代气流角9-4 离心式三元叶轮三元流动的求解方法子午流线曲率引起，而曲率主要有通道（盘盖）形状定后一项作用小，主要前2项，取决于l分布，故l及其分布是控制速度分布重要手段进口参数和熵不均匀性引起9-4 离心式三元叶轮三元流动的求解方法叶片负荷及压力

5、分布欧拉能量头一、理论方面1 叶轮机械三元流动逆命题研究（全可控涡方法）2 基于全三维湍流流场计算、实验设计和响应面技术相结合的三 元叶轮设计方法和软件技术3 试验研制了17个不同流量系数的三元叶轮模型级，形成一整套 具有自主知识产权的离心压缩机三元叶轮设计制造技术 较常规叶轮效率提高810，较国外直线元素三元叶轮提高2 以上，流量范围扩大1030，整机效率可达8287，节 能210%. 教育部科技进步一等奖，国家发明三等奖9-4 西安交大三元叶轮研究简介二、产品制造方面西安交大赛尔机泵成套设备有限公司（交大赛尔）形成一整套离心压缩机、鼓风机及低温透平机械的制造体系（1）12轴5坐标联动卧式数控加工中心 （直径1000mm叶轮整体数控加工）（2）美国赛克沃克卧式真空钎焊热处理装置（叶高小于3mm轮盘整体绕制、 真空钎焊轮盖的整个叶轮焊接技术）（3）单级性能闭式试验装置（4）轴承润滑、平衡轴向推力和气体密封等专门技术保证。9-4 西安交大三元叶轮研究简介三、产品推广应用方面9-4 西安交大三元叶轮研究简介中国石化公司安庆分公司化肥厂：52万吨尿素用的CO2离心压缩机 节省一次投资3147万元，每年节能效益 337 万元云