多级导流诱导轮与叶轮一体型线优化

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1、2016年5月第42卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2016Vol_42No．5http：ffbhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0328多级导流诱导轮与叶轮一体型线优化李嘉1，李华聪1’+，王淑红2，徐轩2(1．西北工业大学动力与能源学院，西安710072；2．中航工业西安航空动力控制科技有限公司，西安710077)摘要：通过分析型线参数化系数与结构参数的相关性联系，实现

2、基于型线的参数化改型，从而达到多级导流一体式诱导轮与叶轮性能优化的目的。采用最小二乘法实现叶轮型线拟合，将拟合型线模型的计算流体力学(CFD)仿真结果与原模型的试验结果进行对比，结果表明：仿真结果与原模型试验结果扬程值和效率值误差均小于2％，使用的拟合方法能够实现型线优化。通过分析拟合型线参数化系数与叶轮进出口安装角等的相关性联系，对不同结构参数模型进行型线优化，并对其性能进行仿真对比。结果表明：3组型线模型的内流场整体上正常稳定，其叶轮的各个流道出口和蜗壳隔舌处存在一定范围的低压区，且由于隔舌处漩涡流动的影响使得扩散管出口存在一定区域的高速团。型线3为最优的型线模型，其扬程

3、值与效率值均达到了优化目的，且在设计工况下，其性能提高最为明显。关键词：多级导流；一体式诱导轮与叶轮；型线优化；计算流体力学(CFD)；数值模拟中图分类号：V228．1；TB553文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)05-0953-08燃油离心泵是航空发动机的重要附件，对高性能燃油离心泵的研究是一项重要课题¨五1。影响离心泵性能的最关键部件是叶轮，而叶轮型线是必须考虑的因素之一"⋯，因此对叶轮的复杂型线进行优化，从而提高离心泵的整体性能，是有必要且很有意义的。近年来，国内外许多学者对诱导轮、叶轮的叶片型线或者从离心式机械的性能优化角度进行了大量研究，并取得了

4、一定的成果。Cadirci等”o利用插值模拟退火算法对离心风机叶片的进口安装角和出口安装角进行优化；Wang等∽。对叶片数目和叶片出口安装角进行了优化研究；彭茂林等。刊基于贝塞尔曲线和粒子群算法对涡轮叶片的型线进行了参数化建模；邓敬亮等¨1研究了离心式叶轮二元叶片型线的优化设计问题，在设计点调高了叶轮的性能；权辉等∽1通过数值模拟分析了螺旋离心泵不同叶轮型线部位的流体做功问题；马胜远等¨刚对高压比跨声速离心式压气机的型线进行了优化研究，提高了其效率等。由此可见，近年来许多学者从不同角度对离心式结构叶轮的型线进行了研究分析，并取得了一定的成果。然而，多级导流一体式诱导轮与叶轮和

5、传统航空发动机燃油系统所使用的离心叶轮相比，由于结合了螺旋式叶轮与复合叶轮共有的特殊结构形式，提高了叶轮的进口压力，保证了较高的抗汽蚀特性，而且流体在叶轮中实现了多级增压且流道稳定，其大扭曲度的复杂型线将诱导轮与叶轮一体连接，避免了诱导轮与叶轮组合连接造成的能量损失，很大程度上提高了叶轮的效率，因此对多级导流一体式诱导轮与叶轮型线的研究至关重要，且实现型线的优化更是重中之重。为此，本文对多级导流一体式诱导轮与叶轮收稿日期：2015-05-21；录用日期：2015-08-26；网络出版时间：2015-09-1519：28网络出版地址：www．cnki．net／kcms／deta

6、il／11．2625．V．20150915．1928．002．html+通讯作者：Tel．：029-88495791E—mail：lihuacong@nwn．edu．cnjf用格式：李嘉，李华聪，王淑红，等．多级导流诱导轮与叶轮一体型线优化fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42(5)：953-960．LIJ，LIHC，WANGSH，eta1．Profileoptimizationofmuti—diversioncombinationinducerandimpellerⅡJ．J0umalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronau

7、tics，2016，42(5)：953-960(inChinese)．954北京航空航天大学学报2016年的型线进行了优化研究。首先通过对比拟合模型仿真结果与原模型试验数据来验证拟合方法的准确性；然后分析了型线的不同参数化结果与叶轮结构参数之间的相关性联系；最后对不同的型线模型进行了性能仿真研究，给出了最优型线。1研究模型航空发动机推重比不断增加，随之对主燃油前级增压泵提出了更高的性能要求。因此，需要研究满足需求的增压泵。多级导流一体式诱导轮与叶轮新型结构的航空燃油离心泵能够为推重比为10的航空发动机提