空气压缩机设计外文翻译--一维多级轴流压缩机性能的解析优化

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1、中文 2320 字 一维多级轴流压缩机性能的解析优化 Lingen Chen Jun Luo Fengrui Sun Chih Wu 摘要 对多级压缩机的优化设计模型，本文假设 固定的流道形状 以入口和出口的动叶绝对角度，静叶的绝对角度和静叶及每一级的入口和出口的相对气体密度作为设计变量，得到压缩机基元级的基本方程和多级压缩机的解析关系。用数值实例来说明多级压缩机的各种参数对最优性能的影响。 关键词 轴流压缩机 效率 分析关系 优化 1 引言 轴流 式 压缩机的设计是 工艺技术的一部分，如果 缺乏准确的预测 将 影响设计过程。至 今 还 没有 公认的 方法 可使新的设计参数达 到一个足够精 确

2、的值， 通过应用一些 已经取得新 进展 的 数值优化技术 ， 以 完成 单 级 和多级轴流式压缩机的设计。计算流体动力学（ CFD） 和 许多更准确的方法特别是发展计算的 CFD技术 ， 已经应用到许多轴流式压缩机的 平面和 三维优化设计。它仍然是使用一维流 体力学 理论 用数值实例 来计算压缩机的最佳 设计。 Boiko通过以下 假设提出了详细的数学模型 用以 优化设计单 级 和多级轴流涡轮 ： （ 1）固定的轴向 均匀 速度 分布（ 2）固定流动路径的形状分布，并获得了 理想 的优化结果 。 陈林根 等人 也采 用了类似的想法 ，通过 假设一个固定的轴向速度分布的优化设计提出了 设计 单级

3、轴流式压缩机一种数学模型。在本文 中为优化设计多级轴流压缩机的模型，提出了假设一个固定的流道形状，以入口和出口的动叶绝对角度，静叶的绝对角度和静叶及每一级的入口和出口的相对气体密度作为设计变量，分析 压缩机的 每个 阶段之间的 关系 ， 用数值实例来说明多级压缩机的各种参数对最优性能的影响。 2 基元级的基本方程 考虑图 1所示由 n级组成的轴流压缩机 , 其某一压缩过程焓熵图和中间级的速度三角形见图 2和图 3， 相应的 中间级的 具体焓熵图如图 4，按一维理论 作级的性能计算。按一般情况列出轴流压缩机中气体流动的能量方程和连续方程 ,工作流体和 叶 轮的速度 。在不同 级 的轴向流速不为常

4、数 ，即考虑ijuu,ijcc (ij ) 时的能量和流量方程。在下列假定下分析轴流压缩机的工作 : 相对于稳定回转的动叶、静叶和导向叶片机构 , 气体流动是稳定的； 流体是可压缩、无黏性和不导热的； 通过级的流体质量流量为定值； 在实际工质的情 况下 , 压缩过程是均匀的； 本级出口绝对气流角为下一级进口角绝对气流角； 忽略进出口管道的影响。 在每一级的具体焓如下： j*22 j i 2 ji = 1 /2i i h c （ 1） j*22 j + 1 1 i 2 j + 1i1 /2i i h c （ 2） 第 j 阶段 的动叶和静叶的焓值损失总额计算如下： 222r j r j 2 j

5、- 1 2 j - 1 2 j 1 2 j - 1 2 j - 1 2 j - 1 2 j - 1 r j / 2/ 2 / /h w G F u G c t g F （ 3） 222r j s j 2 j 2 j 2 j 2 j s j/ 2 / 1 / 2h c G F c t g （ 4） 其中ri是第 j 阶段动叶叶片轮廓总损失系数，sj是第 j 阶段静叶叶片轮廓总损 失的系 数。 图 1 n级轴流式压缩机的流量路径。 叶片轮廓损失系数ri和sj是 工作流体和 叶 片 的 几何 功能参数 。 它 们可以使用各种方法 及视作 常量 来 计算。当ri和sj看做工 作 流体 和叶片的几何 功能 参数 时 ，可以使用Ref迭代的方法 来计算损失系数 。使用迭代方法解决 计算损失系数 ： （ 1）选择ri和sj初 始值，然后计算 各级的 参数。 （ 2）计算的ri，sj值，重复第一步，直到 计算值和原值 之间的差异足够小。 第 j 阶段 理论 所需 计算得： j 2 j u , 2 j 2 j - 1 u , 2 j - 1 2 j 2 j 2 j - 1 2 j - 12 j 2 j 2 j - 1 2 j - 1GGh u c u c u c t g u c t gFF （ 5） 第 j 阶段 实际所需计算得： 图 2 n级压缩机的焓熵图 图 3 中间级的速度三角形