一個(gè)用來(lái)提供恒定空氣壓力的無(wú)人值守的智能化控制系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)的研究LingenChenJunLuoFengruiSunChihWu摘要對(duì)多級(jí)壓縮機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，本文假設(shè)固定的流道形狀以入口和出口的動(dòng)葉絕對(duì)角度，靜葉的絕對(duì)角度和靜葉及每一級(jí)的入口和出口的相對(duì)氣體密度作為設(shè)計(jì)變量，得到壓縮機(jī)基元級(jí)的基本方程和多級(jí)壓縮機(jī)的解析關(guān)系。用數(shù)值實(shí)例來(lái)說(shuō)明多級(jí)壓縮機(jī)的各種參數(shù)對(duì)最優(yōu)性能的影響。關(guān)鍵詞軸流壓縮機(jī)效率分析關(guān)系優(yōu)化1引言軸流式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)是工藝技術(shù)的一部分，如果缺乏準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)將影響設(shè)計(jì)過(guò)程。至今還沒(méi)有公認(rèn)的方法可使新的設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到一個(gè)足夠精確的值，通過(guò)應(yīng)用一些已經(jīng)取得新進(jìn)展的數(shù)值優(yōu)化技術(shù)，以完成單級(jí)和多級(jí)軸流式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）和許多更準(zhǔn)確的方法特別是發(fā)展計(jì)算的CFD技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用到許多軸流式壓縮機(jī)的平面和三維優(yōu)化設(shè)計(jì)。它仍然是使用一維流體力學(xué)理論用數(shù)值實(shí)例來(lái)計(jì)算壓縮機(jī)的最佳設(shè)計(jì)。Boiko通過(guò)以下假設(shè)提出了詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型用以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)單級(jí)和多級(jí)軸流渦輪：（1）固定的軸向均勻速度分布（2）固定流動(dòng)路徑的形狀分布，并獲得了理想的優(yōu)化結(jié)果。陳林根等人也采用了類(lèi)似的想法，通過(guò)假設(shè)一個(gè)固定的軸向速度分布的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了設(shè)計(jì)單級(jí)軸流式壓縮機(jī)一種數(shù)學(xué)模型。在本文中為優(yōu)化設(shè)計(jì)多級(jí)軸流壓縮機(jī)的模型，提出了假設(shè)一個(gè)固定的流道形狀，以入口和出口的動(dòng)葉絕對(duì)角度，靜葉的絕對(duì)角度和靜葉及每一級(jí)的入口和出口的相對(duì)氣體密度作為設(shè)計(jì)變量，分析壓縮機(jī)的每個(gè)階段之間的關(guān)系，用數(shù)值實(shí)例來(lái)說(shuō)明多級(jí)壓縮機(jī)的各種參數(shù)對(duì)最優(yōu)性能的影響。2基元級(jí)的基本方程考慮圖1所示由n級(jí)組成的軸流壓縮機(jī),其某一壓縮過(guò)程焓熵圖和中間級(jí)的速度三角形見(jiàn)圖2和圖3，相應(yīng)的中間級(jí)的具體焓熵圖如圖4，按一維理論作級(jí)的性能計(jì)算。按一般情況列出軸流壓縮機(jī)中氣體流動(dòng)的能量方程和連續(xù)方程,工作流體和葉輪的速度。在不同級(jí)的軸向流速不為常數(shù)，即考慮ijuu,ijcc(ij)時(shí)的能量和流量方程。在下列假定下分析軸流壓縮機(jī)的工作:相對(duì)于穩(wěn)定回轉(zhuǎn)的動(dòng)葉、靜葉和導(dǎo)向葉片機(jī)構(gòu),氣體流動(dòng)是穩(wěn)定的；流體是可壓縮、無(wú)黏性和不導(dǎo)熱的；通過(guò)級(jí)的流體質(zhì)量流量為定值；在實(shí)際工質(zhì)的情況下,壓縮過(guò)程是均勻的；本級(jí)出口絕對(duì)氣流角為下一級(jí)進(jìn)口角絕對(duì)氣流角；忽略進(jìn)出口管道的影響。在每一級(jí)的具體焓如下：j*22ji2ji=1/2iihc（1）j*22j+11i2j+1i1/2iihc（2）第j階段的動(dòng)葉和靜葉的焓值損失總額計(jì)算如下：222rjrj2j-12j-12j12j-12j-12j-12j-1rj/2/2/hwGFuGctgF（3）222rjsj2j2j2j2jsj/2/1/2hcGFctg（4）其中ri是第j階段動(dòng)葉葉片輪廓總損失系數(shù)，sj是第j階段靜葉葉片輪廓總損失的系數(shù)。圖1n級(jí)軸流式壓縮機(jī)的流量路徑。葉片輪廓損失系數(shù)ri和sj是工作流體和葉片的幾何功能參數(shù)。它們可以使用各種方法及視作常量來(lái)計(jì)算。當(dāng)ri和sj看做工作流體和葉片的幾何功能參數(shù)時(shí)，可以使用Ref迭代的方法來(lái)計(jì)算損失系數(shù)。使用迭代方法解決計(jì)算損失系數(shù)：（1）選擇ri和sj初始值，然后計(jì)算各級(jí)的參數(shù)。（2）計(jì)算的ri，sj值，重復(fù)第一步，直到計(jì)算值和原值之間的差異足夠小。第j階段理論所需計(jì)算得：j2ju,2j2j-1u,2j-12j2j2j-12j-12j2j2j-12j-1GGhucucuctguctgFF（5）第j階段實(shí)際所需計(jì)算得：圖2n級(jí)壓縮機(jī)的焓熵圖圖3中間級(jí)的速度三角形圖4中間級(jí)的焓熵圖22222j-12j2j2j-1rj22wwuuh（6）基元級(jí)反應(yīng)度定義為rjj/hh。因此有：u,2j222a,2j2j2j-1ja,2j2j2j-11112kctgctgkkctgctg（7）在這里u,ik，a,i12kin視作速度系數(shù),它們的計(jì)算為:a,ia,ia,111ii/kccFF和u,ii1/kuuj2*22j-112ji2j2j2ji=1/1/20AiihGFctg（8）j22j12j+1i2j+12j12j+1i1/1/20AiihGFctg（9）3級(jí)組的數(shù)學(xué)模型壓縮機(jī)各級(jí)的比壓縮功為j1hjn則總的比耗功為ncjj=1hh，各級(jí)的滯止等熵能量頭為*s,jh，則級(jí)組各級(jí)滯止等熵比壓縮功總和