● 摘要
随着航空机载电子设备规模及集成程度的增加，其发热量也显著增加，这使得现用空气循环冷却系统日益显露出一定的局限性。采用蒸汽压缩循环制冷系统已逐渐成为先进战机环控系统的发展趋势。离心式压缩机是蒸汽压缩循环制冷系统的关键设备，因此有必要对机载蒸汽压缩制冷系统用小型高转速离心式压缩机展开深入研究。本文首先以某试验的空气工质大型低转速风机叶轮为模型，采用CFX软件设计三元叶轮，介绍如何设计叶轮，以及怎样通过调节叶轮的几何参数值改进叶轮，进而获得数值模拟中的高效率叶轮，并进行了流场及性能分析。研究表明：对于设计三元叶轮来说，将进口安装角细分为叶尖进口安装角和叶根进口安装角是符合实际的是必须的；充分利用经验公式、结论初步确定叶轮参数，许多参数的最优值点与经验公式所计算出的结果很接近；在确定叶轮参数时，我们可以先在某一范围内大致取值，然后再在其中的较优点附近继续取值进行计算，这样可以逐渐缩小范围，最终确定最佳值；通过分析研究流场中的矢量分布图、云图，发现其中的问题，分析其原因，进而去改进叶轮，这是叶轮设计中很重要的一环，对叶轮的设计、改进起着指导性的作用；应用CFX软件，按照本文的设计过程是可以获得较符合实际性能比较好的叶轮。然后在所积累的经验指导下，根据已经设计好的叶轮设计与之相匹配的叶片扩压器，将叶轮与扩压器耦合成一级，进行R134a工质的小型高转速离心式制冷压缩机整级的数值模拟计算，分析内部流场以及主要几何参数变化对整级性能的影响，进而改进叶轮和扩压器，获得两者匹配最优的组合。本文运用CFX软件进行离心压缩机级的设计及改进，探索并发展了一条适合小型高转速离心式压缩机级工程化设计的途径。本文的研究方法和结果为飞机高性能空气循环制冷系统和蒸汽压缩循环制冷系统中小型高转速离心式压缩机的发展奠定了良好的基础。