论文摘要：涡轮冷却器数值仿真与实验研究

 

涡轮冷却器是环控系统的重要组成部件，其性能好坏对环控系统影响很大。分析压气机及涡轮内部流场的流动特性，改进结构，提高机效率，是研究叶轮机械的主要课题。由于叶轮内部流场测量困难，数值模拟成为分析压气机内部流动的重要手段。

本文对压气机和涡轮进行了数值模拟及实验研究。采用NUMECA和ANSYS软件对压气机和涡轮进行了建模和网格划分，与其它建模方法比较，本文方法可以快速建立模型几何结构、生成高质量网格。NUMECA DESIGN 3D采用多重网格技术，提高计算速度。

建立压气机和涡轮数值仿真计算模型，分析了叶轮流道内三维流场。仿真结果与实验结果吻合较好，可以利用所建的模型对压气机和涡轮的性能进行预测。随着流量的增加，压气机效率和压比均增大，但当流量增大到一定值时压比和效率均急剧下降；

分析了相同转速下，不同结构参数对压气机和涡轮性能的影响。重点分析了分流叶片长度及周向位置对压气机性能的影响。使用分流叶片使整个叶道获得良好的速度分布，延缓二次流的发展，降低叶片吸力面扩压程度，减小叶轮出口尾迹的强度和范围。分流叶片明显提高叶轮效率，但对工况范围没有明显改变。

叶片包角对压气机和涡轮的性能都有很大影响，对于大包角的叶轮，当流量比较大的时候，由于大包角叶轮喉部面积较小，在大流量情况下，容易出现壅塞现象，流动不稳定的情况。在设计时要依据工况变化范围来考虑叶片包角大小的选择。

以压气机叶轮进、出口气流角，安装角为自由参数，利用NUMECA Design 3D模块对压气机进行优化设计。优化结果表明，压气机进、出口气流角，安装角优化前后压气机叶轮效率升高。

研究结果为涡轮冷却器的设计、改进和优化提供了有价值的数值依据。

 

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