基于Krain离心压气机叶轮的叶型优化

(1.上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093；2.上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093；3.中电投珠海横琴热电有限公司，广东 珠海 519031)

离心压气机具有体积小、质量轻、单机压比高等特点。离心压气机的性能直接影响整个动力系统的性能，设计制造出高效率、高压比的离心叶轮是动力系统成功的关键因素。孙志刚以Eckardt和Krain叶轮为研究对象，详细研究了叶片后弯角对叶轮内二次流分布、射流尾迹结构的影响[1]。孙立利用构建的离心压气机叶片反问题设计方法，对Krain叶轮分别进行无粘、粘性反问题改进设计[2]。陶丽桦研究了不同轴向长度、不同前缘掠角以及不同前缘形状对高压比离心叶轮内部流场、整体性能的影响，并对Krain叶轮进行改进设计[3]。同时，有部分学者采用优化平台，对叶轮的相关参数进行自动优化。Guo S等，通过使用CFD软件Axcent，结合Matlab使用响应面，对涡轮增压器进行多目标优化[4]。叶涛等使用NUMECA公司的Fine/Design 3D优化平台，采用人工神经网络和遗传算法对叶轮几何型线进行气动优化[5]。杨玉骏等通过FLUENT对燃气透平叶型进行二维气动及传热的自动优化设计,优化对象为透平叶型的吸力面压力面型线[6]。朱成龙通过集成NUMECA和ISIGHT软件，对轴流透平进行全三维参数优化[7]。国内外研究学者多采用外部优化平台结合CFD软件进行优化，本文尝试通过CFX和ANSYS 软件自带的Design Exploration平台对Krain叶轮进行中弧线型线优化，以期得到性能更高的叶轮。

1 离心压气机叶轮模型及三维模拟

1.1 离心压气机叶轮模型

叶轮原型是德国宇航研究院Krain博士于1984年设计的半开式后弯离心压气机叶轮[8-9]。……