1 前言

多级离心压缩机通流元件（见图1）包括进气室、叶轮、扩压器、弯道、回流器和蜗壳，其中叶轮、扩压器、弯道、回流器形成基本级（中间级），以蜗壳取代中间级的弯道和回流器的级称末级。

离心压缩基本级是离心压缩机产品的设计基础，长期以来，人们通过改进并优化离心压缩机的主要元件如叶轮、扩压器等来提高压缩机的性能［1］，但疏于对静子元件如进气室、蜗壳等的研究及通流匹配关注。其主要原因一方面是数值流体动力技术进程所限［2］，另一方面是静子件复杂的几何形状、高数值计算方面的高成本与其对气动特性改善回报率低等因素的影响，而一个典型的离心压缩机级，由进气室和蜗壳流动损失而导致效率可降低约4%～6%，并影响整机安全运行范围。近年，现有的研究兴趣主要集中在利用数值技术，分析进气室、蜗壳对基本级影响的内流机理，进行各自单独研究，对串联级或多级离心压缩机整机高效与安全设计研究不够。

本文以新比隆A7基本级为研究基本单元，借助商业CFD软件，对基本级、不同间距的串联级、进气室与基本级组合、末级等4种情况进行CFD计算仿真，比较基本级CFD计算结果与A7试验结果的一致性，并分析通流不同匹配状态下对基本级气动特性与安全稳定性的影响，如各自失速原因、失速点、压比和效率的变化；基于上述研究，作者完成一台4级离心压缩机器设计制造，开展整机试验研究并分析整级效率、压比、失速点形成与各级的关联等。

  

图1 通流元件结构示意

重点关注如何利用基本级通向多级离心压缩机械高效与安全运行的设计与研究，限于篇幅对通流内流机理没有展开深入讨论。有关符号说明见参考文献［3］，所作CFD仿真或整机试验均基于换算至空气同一进气状态完成。

GPS系统是一种可测距与授时的空间定点导航系统，能够为用户提供连续性较高、实时性较强的三维地理位置，从而得出三维速度及时间信息[1]。GPS测绘技术的主要原理是利用GPS装置捕捉并分析卫星发射出测距信号及导航电文，明确信号接受天线的中心地位，并对GPS卫星空间地理位置进行结算。

2 基本级与基本级的串联

2.1 A7基本级构成、试验与CFD计算仿真比较

A7基本级（下称基本级）为新比隆离心压缩机A型标准级（β2=37.5°）的7号叶轮与CR-2隔板组成，基本级主要通流参数见表1。

 

表1 A7离心压缩机基本级主要通流参数

  

本文尝试按上述同尺寸的基本级、进气室与蜗壳为依据，设计并制造一台低马赫数（MU=0.35）的4级整机（见图7，串联级间距为117 mm），通过整机试验探索进气室、蜗壳等静子件与基本级组成的多级压缩过程中整机多变效率、失速点与基本级差异及其成因。

  

图2 基本级气动特性试验结果

基本级设计点级压比、多变效率试验测量值与仿真比较见表2。

基本级CFD计算仿真结果（绝对马赫数与总压）见图3。

  

图3 基本级CFD仿真

计算仿真所用软件为西交大的Numeca，计算中最小网格正交性角度≥5；最大网格长度比＜5000；最大网格延展比 ＜10，网格数 1053823；其网格质量为：最小网格正交性38.348；壁面y+大部分位于0～5之间。计算中采用Jmaeson中心差分格式结合Spalart-Allmaras湍流模型，对雷诺时均N-S方程进行求解，采用完全多重网格方法加速收敛，全局残差下降3个量级或者进出口流量误差小于0.5%。

试验结果显示：在设计点，进气流量100 m3/min，压比1.085，多变效率75.3%；在失速时，进气流量为69 m3/min，叶轮进口流动冲角10.96°，无叶扩压器进口流动角约11.6°，无叶扩压器进口流动余角78.4°（90°减去进口流动角）小于按参考文献［5］确定的A7级无叶扩压器失速临界角（约83°），因此基本级失速源于叶轮。

 

表2 基本级设计点压比、多变效率试验值与仿真值

  

通过CFD计算仿真，基本级设计点压比、效率与试验测量值及半经验预测值较吻合，与试验值压比、效率相对偏差值-0.18%、3.05%，绝对值相应偏差值为-0.002和2.3。

2.2 不同级间距的串联级CFD计算

目前，有关多级离心压缩机中的级与级匹配及相互影响的研究较少［7，8］，研究主要集中在轴流压缩机方面。采用CFD对不同间距的基本级串联形成的串联级进行计算分析，探索级与级间流动相互影响的机理。计算用CFD软件为Numeca，其中最小网格正交性角度≥5；最大网格长度比＜5000；最大网格延展比＜10。

（1）课题经费管理首要应进行科研经费预算管理，做好预算管理，提高预算编制的质量，做到编制科学、合理、准确，才能保障课题经费能够正常开展。

对整机按多级压缩过程热力气动特性计算，可知整机在设计点运行时，第一级（含进气室）、第二级、第三级和末级进气体积流量分别为100，95.4，91.6，87.4 m3/min，对 应 基 本 级 效 率 约 为75.3%，75%，74.4%，72%。

在《行动计划》部署的任务中，加强农村饮用水水源保护、加快推进农村生活垃圾污水治理等内容与农村居民生活紧密相关；而着力解决养殖业污染、有效防控种植业污染等工作连着农业生产的方方面面，“全管”的《行动计划》将更全面地直面农村诸多环境问题。

 

表3 不同级间距的串联模型级性能

  

从计算结果看出，改变串联级的间距对压比、多变效率和失速点均有影响，其中：串联级多变效率绝对值比基本级降低0.27%～0.55%，压比也有所降低。

串联级较基本级失速点流量变大（相对值约+5.07%），稳定工作区变小，失速主要是由叶轮叶片进口流动冲角变化引起边界层分离。

  

图4 3种不同串联模型流道内的绝对马赫数分布

3 基本级与进气室、蜗壳的组合

3.1 进气室对基本级气动特性影响的CFD计算

多级离心压缩机为了向叶轮提供均匀的进气，一般借助径向进气室。进气室按文献［9］方法设计，进气室内壁至与基本级叶轮轮盖端面距离与进气室宽度比约1.5，进气室凸面曲率0.45，凹面曲率1.5。

CFD计算区域分为进气室、叶轮、扩压器及回流器3个部分，为适应内部结构的复杂性，采用多块网格生成方法得到高质量结构化网格。壁面边界层适当加密，y+控制在30～300之间，满足湍流模型的计算要求。

计算模型网格数量及质量：进气室：网格数为738336；最差的单元其质量为0.4（0最好，1.0最差）；叶轮（单通道）：网格数为79992；最差单元质量为0.6，其中大于0.6的网格单元均不足网格总数的1.35% ；扩压器和回流器（单通道）：网格数为97440最差单元质量为0.5，其中大于0.5的网格单元均不足网格总数的0.02%。网格总数350万。网格质量满足计算要求。计算中采用K-ε湍流模型对内部流动进行定常数值模拟。控制方程采用基于密度的显式方法求解，二阶迎风格式进行离散。动静干涉面采用非匹配边界条件处理。

由图7可知,维生素C和香水莲多糖溶液对脂质过氧化都有较强的抑制作用,且抑制能力随浓度的升高而增强。在0～1 mg/mL内,维生素C对脂质过氧化的抑制作用明显高于香水莲多糖溶液,但香水莲多糖溶液随浓度增加抑制作用显著增强。当浓度大于1 mg/mL时,香水莲多糖溶液与维生素C的抑制能力基本相当。

带进气室的级结构与进气室+叶轮部分总压分布、叶轮总压分布如图5所示，外特性参数见表4。

  

图5 带进气室的级结构与进气室+叶轮部分总压分布、叶轮总压分布

 

表4 外特性参数

  

根据计算结果，气体在经过进气室流入叶轮进口的过程中，总压损失为135.40862 Pa。

带进气室级压比、多变效率比基本级相对值低0.19%、3.12%，绝对值相应低0.002和2.42；带进气室级失速由叶轮叶片进口冲角变化引起，失速点流量略微变小，稳定工作区稍宽。

课前让大家做的英语演讲，有的同学准备积极且完善，但大部分同学还是只会成段的读，并没有达到增长知识和锻炼自己演讲能力的目的。我需要做什么才能让学生更主动积极？

就其缘由，可能类似文献［10］所做分析，当流量减小时，进气室造成叶顶处有限的周向畸变，在一定程度上可以改善叶轮通道内的流动状况，从而保持级接近失速时的性能。

国家石油公司国际化经营起步较晚，但视野开阔，在全球范围内寻找油气机会。但由于国际化经营经验欠缺、技术与管理能力有所差距，国家石油公司依靠资金优势，以参股形式参与全球的大型油气勘探项目。国家石油公司在某些领域也有技术专长，在成熟盆地、陆上常规的重大油气发现中也有国家石油公司的身影，但在深水、非常规等前沿领域依然是国际大石油公司占据主导。整体上国家石油公司在大多数领域基本作为跟随者。

3.2 蜗壳对级气动特性影响-末级CFD计算

4.2.1 整机多变效率变化

稳定工作区变化不大的原因：无叶扩压进口马赫数小（0.2～0.23）、扩压器比较窄（b2/D2=0.038），根据参考文献［5］图5.26按Senoo和Kinoshita研究b2/D2小于0.05时，D4/D2变化无叶扩压器回流角几乎不变。

计算模型网格数量及质量叶轮：网格数为938，808；最差单元质量为0.6，其中大于0.6的网格单元均不足网格总数的1.9%；蜗壳：网格数为921，452；最差单元质量为0.5，其中大于0.5的网格单元均不足网格总数的0.01%。网格总数223.2万，网格质量满足计算要求。

末级总压和总温分布如图6所示，外特性参数见表5。

 

表5 末级外特性参数

  

  

图6 末级总压和总温分布

从数值模拟的结果看（表5），末级压比和多变效率比基本级相对值相应低0.5%、4.4%，绝对值相应低0.005，3.4，末级失速主要由无叶扩压器边界层分离引起，失速点流量变化小，稳定工作区变化不大。

为研究蜗壳对级气动特性的影响，本文研究的末级无叶扩压部分为D4/D2=1.17，蜗壳为不对称内蜗壳，内蜗壳设计参考文献［9］，CFD计算中划分网格工具：Gambit2.4，采用多块网格生成方法得到高质量结构化网格。壁面边界层适当加密，y+控制在30～300之间，满足湍流模型的计算要求。

本文构建县域经济综合评价体系，利用主成分分析、K均值聚类分析和ArcGIS制图功能，研究2000—2015年成都平原城市群县域经济差异的时空演变特征，获得以下几点结论：

4 多级离心压缩整机试验与分析

4.1 整机气动特性试验

尽管进气室、蜗壳等静子件及对基本级影响的研究卓有成效，但整机通流匹配依然艰难。近年，透平机械整机通流匹配与优化设计概念广泛引起各国关注，相继开展透平机械单目标、多目标或多学科的优化研究工作［13～16］。

级气动特性试验以进气1.01×105 Pa、20 ℃的空气为试验介质，在开式试验台架上完成，叶轮转速为5112 r/min，Mu=0.35，试验更多信息参考文献［4］，试验结果见图2，图2按ML=1.711相似比例换算而得。

  

图7 鼓风机结构示意

试验以空气为试验介质，于2011年4月按标准 JB/T3165-99（参照 ASME PTC10-1997）规定要求，委托合肥通用机电产品检测院测试，测试结果见表6。

 

表6 整机试验测量结果

  

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整机设计点实测多变效率约66%，压比约1.345，其中多变效率绝对值较基本级效率小9%，失速点由69.08 m3/min变为73.6 m3/min，稳定工作区变化小，安全裕度降低。

4.2 整机气动特性试验结果分析

离心压缩机中［11］，蜗壳入口流场在轴向和周向都是不均匀的，加之流体与蜗壳壁面之间的摩擦、压力梯度与离心力不平衡所造成的二次流及曲率对流动的影响，使得蜗壳内部的流场极为复杂，而运行在非设计工况时［12］，外围产生的强力压力扭曲，特别是无叶扩压器回流作用于叶轮出口形成周期性的扼杀，导致叶轮流动加速与减速循环，叶轮叶片进口气流角与冲角周期变化，引起叶轮效率和平稳运行范围减小，压力扭曲波动对叶轮叶片产生损伤。

不同级间距的串联级性能比较见表3，不同串联级流道内的绝对马赫数分布计算仿真见图4，其中串联基准间距按参考文献［9］建议的前级内壁宽度至与基本级叶轮轮盖端面距离比。

实际上，直到8月13日，当各路小道消息显示西王集团即将接手山东男篮时，高速男篮俱乐部相关负责人还通过媒体进行了辟谣：假消息，从没听说过此事，也从未跟西王集团有任何接触。

根据CFD分析，2个基本级间串联相互影响取0.6%，第一、末级影响约为0.3%，进气室对第一级产生2.48%影响，蜗壳对末级产生3.4%影响，考虑这些影响后整机多变效率算术平均约72.25%，比整机实测设计点多变效率66%高6.25%，如考虑进气试验装置、整机保温效果差及轴端密封、级间密封磨合发热等不利因素对效率产生1～1.5%影响， 整机多变效率实测值比整机算术平均多变效率负差约4%～5%。

负差成因参考文献［9］中的分析，多级压缩中任何下游级特性轻微变化将引起上游级特性改变，进一步需修改下游的变化，使得设计变得十分困难。孤立考虑通流匹配影响显然不够准确，多级压缩中各部分流场相互耦合与关联。

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试验发现工程应用中，简单认为进气室、蜗壳及级间影响对整机多变效率产生2.48%，3.4%，1.8%（级间）负差，此时整机效率约为66.42%（72.25%-2.48%-3.4%-1.8%）与试验基本相吻合。

5 结论

（1）带径向进气室级、末级较基本级多变效率绝对值分别低2.48%，3.4%，进气室级失速主要由叶轮叶片进口流动冲角变化引起边界层分离，失速点流量变小，稳定工作区变宽；而末级失速主要由无叶扩压器边界层分离引起，失速点流量变化小，稳定工作区变化不大。

（2）基本级串联较基本级多变效率绝对值低0.3%～0.6%，串联级失速点流量变大（+5.07%），稳定工作区变小，失速主要由叶轮叶片进口流动冲角变化引起边界层分离。

（3）整机多变效率实测值比整机算术平均多变效率负差4%～5%，给我们的启示是孤立考虑通流匹配影响显然不够准确，多级压缩中各部分流场相互耦合与关联，需借助多目标多学科优化。

1.描述性统计。描述性统计结果如下：存在企业内控缺陷的均值为52%，与先前学者研究相比，比例较高，其原因是衡量方法比较全面，而且应国家的强制性要求，当企业存在内控缺陷时，主动披露的企业增多，披露质量也更高。审计定价的极大值为16.400，极小值为12.676，标准差为0.692，表明我国上市企业在审计费用上的花费差异较大。其他变量与先前学者研究大致相同，表明了本文数据的可靠性。

（4）工程应用中简单认为进气室、蜗壳及级间影响对整机多变效率（绝对值）产生2.48%，3.4%，1.8%（级间）的负差，此时整机效率约为66.42%，与试验基本相吻合。

（5）整机失速点进气流量变大，安全裕度降低，主要原因是3、4级叶轮进口气流冲角超出失速冲角，导致叶轮失速，而此时无叶扩压器尚处安全阶段。

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