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從排風機的一般參數(shù)出發(fā)，通過一維徑向參數(shù)和子午向徑向參數(shù)的設計，得到了初步設計方案的性能預測和幾何參數(shù)。初步方案利用現(xiàn)有的標準葉片型線對三維葉片進行幾何建模，通過求解三維穩(wěn)定流場對初步設計方案進行驗證。一維參數(shù)設計主要是求解平均半徑氣動參數(shù)的控制方程。采用逐級疊加法對多級壓縮系統(tǒng)進行了氣動計算。同時調整了排風機相應的攻角、滯后角和損失模型。后，得到了平均半徑和子午線流型下的基本氣動參數(shù)。計算中使用的損失和氣流角模型需要大量的葉柵試驗作為支撐。現(xiàn)有的實驗改進模型包括經(jīng)典亞音速葉片型線NACA65、C4和BC10，基本滿足了風機的初步設計要求。為了準確、快速地得到初步設計方案，將現(xiàn)有的經(jīng)典葉片型線直接用于一維設計和初步設計。當設計負荷超過原模型時，采用MISES方法對S1流面進口斷面進行分析，得到初始滯后角，如本文對高負荷風機的設計。在S2流面設計中，排風機采用流線曲率法對S2流面進行了流量計算。為了簡化計算過程，將計算假設為無粘性和恒定絕熱，忽略了實際渦輪機械中的三維、非定常和粘性流動特性，引入了葉排損失來表示葉柵中流體粘度的影響。通過三維流場的數(shù)值分析，修正了求解S2流面過程中的損失，并通過迭代得到了初步設計方案。

介紹了一套高負荷排風機的氣動設計過程，包括參數(shù)選擇、葉片形狀優(yōu)化和三維葉片的設計思想。在此基礎上，完成了高負荷軸流風機壓力比1.20的初步設計，負荷系數(shù)高達0.83。其次，在初步設計方案中，通過對排風機靜葉多葉高處S1流面剖面的協(xié)調優(yōu)化，有效地減少了靜葉損失，提高了風機的裕度。同時，采用三維葉片技術，提高了定子葉片的端部流動，提高了定子葉片端部區(qū)域的工作能力。風機裕度由27.1%擴大到48.8%。優(yōu)化葉頂間隙形狀可以有效地提高軸流風機的性能。采用FLUENT軟件對OB-84動葉可調軸流風機在均勻和非均勻間隙下的性能進行了數(shù)值模擬，討論了不同間隙形狀對泄漏流場和間隙損失分布的影響。結果表明，在平均葉頂間隙不變的前提下，錐形間隙風機的總壓力和于均勻間隙風機，區(qū)范圍擴大，錐形間隙越大，性能改善越顯著；錐形間隙改變了間隙內渦量場的分布，減少了葉尖泄漏損失，增強了排風機葉片上、中部的功能力。風機的性能低于均勻間隙的性能。錐形葉片的葉尖間隙形狀可以作為提高風機性能的重要手段。

與均勻間隙相比，排風機在平均葉頂間隙不變的前提下，1~3級間隙方案下的風機總壓力和效率均高于均勻間隙方案下的風機總壓力和效率；前導間隙越大，尾隨間隙越小，性能越明顯。改進是，但隨著排風機間隙的逐漸收縮，風機的性能改善逐漸減小；在設計流量下，方案2和方案3下的總壓力分別增加20。對于PA和22PA，排風機效率分別提高0.69%和0.70%，特別是在小流量情況下。方案2和方案3的效率分別提高1.16%和1.20%。同時，方案1-3對應的區(qū)（>81%）變寬，根據(jù)總壓的趨勢，喘振裕度增大，穩(wěn)定工作范圍提高。但4-6級進風機的總壓和效率均低于均勻間隙，隨著間隙的增大，風機的性能下降更大。方案6的總壓力和效率分別降低了15pa和0.14%。模擬結果與參考文獻中給出的結果一致。以上分析表明，在相同流量范圍的前提下，錐形間隙的區(qū)變寬，相應的流量范圍增大，排風機的穩(wěn)定工作區(qū)增大，設計流量和左效率明顯提高，措施簡單，易于實施。考慮到風機選型中參數(shù)裕度過大，導致軸流風機在設計流量的左側運行，可以將變細的間隙形狀作為提高風機性能的手段。為了分析不同葉尖間隙形狀下風機性能變化的內在機理，進行了內部流動特性和葉輪能力分析。