哈工大講課流體機(jī)械學(xué)科中科學(xué)問題與發(fā)展

1、 流體機(jī)械學(xué)科中科學(xué)問題與發(fā)展流體機(jī)械學(xué)科中科學(xué)問題與發(fā)展上海交通大學(xué)葉輪機(jī)研究所上海交通大學(xué)葉輪機(jī)研究所谷傳綱教授谷傳綱教授20082008年年8 8月月2 2日日 按我國(guó)分類，流體機(jī)械是按我國(guó)分類，流體機(jī)械是動(dòng)力工程及工程熱物理動(dòng)力工程及工程熱物理一一級(jí)學(xué)科下的二級(jí)學(xué)科。按美國(guó)級(jí)學(xué)科下的二級(jí)學(xué)科。按美國(guó)ASME關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械分為二關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械分為二類：類：Power Mech. Eng., Fluids Mech. Eng. 按功能轉(zhuǎn)換分類：動(dòng)力機(jī)械按功能轉(zhuǎn)換分類：動(dòng)力機(jī)械能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功 流體機(jī)械流體機(jī)械機(jī)械功轉(zhuǎn)換為能機(jī)械功轉(zhuǎn)換為能 流體機(jī)械主要包含：壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水

2、泵、流體機(jī)械主要包含：壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵、 水輪機(jī)及工程系統(tǒng)。是軍工、石化、鋼鐵、冶金、發(fā)電、水輪機(jī)及工程系統(tǒng)。是軍工、石化、鋼鐵、冶金、發(fā)電、空調(diào)、制冷等行業(yè)中最關(guān)鍵的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其工作的高效性空調(diào)、制冷等行業(yè)中最關(guān)鍵的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其工作的高效性、可靠性與安全性，直接關(guān)系到企業(yè)的效益、可靠性與安全性，直接關(guān)系到企業(yè)的效益 。 引言引言 流體機(jī)械學(xué)科的理論基礎(chǔ)為葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)、流流體機(jī)械學(xué)科的理論基礎(chǔ)為葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)、流體力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、工質(zhì)熱物性、優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、強(qiáng)度體力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、工質(zhì)熱物性、優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、強(qiáng)度與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、軸承理論、監(jiān)測(cè)與控制、密封技術(shù)、現(xiàn)代與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)

3、、軸承理論、監(jiān)測(cè)與控制、密封技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)等學(xué)科的交叉。測(cè)量技術(shù)等學(xué)科的交叉。 由于葉輪機(jī)械技術(shù)涉及軍工、航空、航天、國(guó)家重大由于葉輪機(jī)械技術(shù)涉及軍工、航空、航天、國(guó)家重大裝備如煉油、化肥、化纖、乙烯、發(fā)電領(lǐng)域，是一個(gè)國(guó)家裝備如煉油、化肥、化纖、乙烯、發(fā)電領(lǐng)域，是一個(gè)國(guó)家整體技術(shù)實(shí)力的反映，一直受到各國(guó)政府、企業(yè)、科研院整體技術(shù)實(shí)力的反映，一直受到各國(guó)政府、企業(yè)、科研院校的極大重視。校的極大重視。一一 學(xué)科的概況學(xué)科的概況流體機(jī)械分類流體機(jī)械分類從應(yīng)用領(lǐng)域分：從應(yīng)用領(lǐng)域分： 供能：汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)供能：汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī) 耗能：壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、油泵耗能：壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵

4、、油泵 能量回收：軸流、離心，熱泵能量回收：軸流、離心，熱泵, ,增壓器增壓器從工作原理分：從工作原理分：軸流式：大流量、低壓力軸流式：大流量、低壓力離心式：小流量、高壓力離心式：小流量、高壓力容積式容積式：( (齒輪、羅茲、螺桿、回轉(zhuǎn)、往復(fù)齒輪、羅茲、螺桿、回轉(zhuǎn)、往復(fù)) ) 更小流量、更高壓力。更小流量、更高壓力。葉輪機(jī)械葉輪機(jī)械透平機(jī)透平機(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)離心式離心式軸流式軸流式大流量、低壓頭大流量、低壓頭中小流量、高壓頭中小流量、高壓頭國(guó)家重大裝備國(guó)家重大裝備中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備之一，如設(shè)備之一，如大型石化企業(yè)大型石化企業(yè)年產(chǎn)值在幾十年產(chǎn)值在幾十億至幾百億以億至幾百億以上，壓縮機(jī)是上

5、，壓縮機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備之一關(guān)鍵設(shè)備之一。機(jī)組的高效。機(jī)組的高效性與可靠性是性與可靠性是非常重要的。非常重要的。葉輪機(jī)分類葉輪機(jī)分類流體機(jī)械在工業(yè)界應(yīng)用流體機(jī)械在工業(yè)界應(yīng)用石化行業(yè)：離心壓縮機(jī)，少量空氣軸流壓縮機(jī)石化行業(yè)：離心壓縮機(jī)，少量空氣軸流壓縮機(jī), ,往復(fù)式壓往復(fù)式壓縮機(jī)，能量回收透平縮機(jī)，能量回收透平電力行業(yè)：軸流與離心通風(fēng)機(jī)，水泵、油泵，水輪機(jī)電力行業(yè)：軸流與離心通風(fēng)機(jī)，水泵、油泵，水輪機(jī)鋼鐵、冶金、水泥、車輛、交通、采礦行業(yè)：壓縮機(jī)、風(fēng)鋼鐵、冶金、水泥、車輛、交通、采礦行業(yè)：壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、油泵機(jī)、水泵、油泵制藥、發(fā)酵、酒精行業(yè)：壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵制藥、發(fā)酵、酒精行業(yè)：壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、

6、水泵環(huán)保行業(yè)：污水處理曝氣風(fēng)機(jī)、帶氣水泵、脫硫用風(fēng)機(jī)環(huán)保行業(yè)：污水處理曝氣風(fēng)機(jī)、帶氣水泵、脫硫用風(fēng)機(jī)制冷、空調(diào)行業(yè)：批量空調(diào)風(fēng)機(jī)，隧道風(fēng)機(jī)，制冷壓縮機(jī)制冷、空調(diào)行業(yè)：批量空調(diào)風(fēng)機(jī)，隧道風(fēng)機(jī)，制冷壓縮機(jī)南水北調(diào)、西氣東輸：天然氣壓縮機(jī)、水泵南水北調(diào)、西氣東輸：天然氣壓縮機(jī)、水泵燃?xì)廨啓C(jī)中：軸流與離心壓縮機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)中：軸流與離心壓縮機(jī)燃?xì)馀c氣體行業(yè)：軸流與離心壓縮機(jī)燃?xì)馀c氣體行業(yè)：軸流與離心壓縮機(jī)風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海水淡化風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海水淡化( (熱泵、滲透膜熱泵、滲透膜) )行業(yè)特點(diǎn)：行業(yè)特點(diǎn)：規(guī)模量大面廣規(guī)模量大面廣葉輪式壓縮機(jī)與透平的應(yīng)用葉輪式壓縮機(jī)與透平的應(yīng)用1)1)固定式固定式

7、( (民用壓縮機(jī)、透平、通風(fēng)機(jī)、水輪機(jī)、水泵民用壓縮機(jī)、透平、通風(fēng)機(jī)、水輪機(jī)、水泵) ) 煉油工業(yè)：煉化、加氫，采油用壓縮機(jī)煉油工業(yè)：煉化、加氫，采油用壓縮機(jī) 達(dá)達(dá)1000 ata1000 ata 化工過程：獲得高溫、高壓：化工過程：獲得高溫、高壓：co2 co2 壓縮機(jī)壓縮機(jī) 達(dá)幾百達(dá)幾百ataata 礦山、冶金、鋼鐵：空分裝置、能量回收透平礦山、冶金、鋼鐵：空分裝置、能量回收透平TRTTRT、氧壓機(jī)，、氧壓機(jī)， 燒結(jié)風(fēng)機(jī)燒結(jié)風(fēng)機(jī) 發(fā)電用燃機(jī)、汽輪機(jī)、水輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵發(fā)電用燃機(jī)、汽輪機(jī)、水輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵 空調(diào)與通風(fēng)、干燥、凈化、濕化系統(tǒng)用壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)空調(diào)與通風(fēng)、干燥、凈化、濕化系統(tǒng)

8、用壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)2)2)移動(dòng)式移動(dòng)式( (軍用軍用) ) 離心壓縮機(jī)離心壓縮機(jī)+ +向心透平向心透平 軸流、離心壓縮機(jī)軸流、離心壓縮機(jī)+ +向心透平向心透平( (軸流透平軸流透平) ) 軸流壓縮機(jī)軸流壓縮機(jī)+ +軸流透平軸流透平 噴水推進(jìn)，氣墊船的氣墊與動(dòng)力噴水推進(jìn)，氣墊船的氣墊與動(dòng)力流體機(jī)械國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展方向流體機(jī)械國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展方向先進(jìn)的氣動(dòng)力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化方法：先進(jìn)的氣動(dòng)力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化方法： 基于模型級(jí)的整機(jī)優(yōu)化基于模型級(jí)的整機(jī)優(yōu)化, , 直接優(yōu)化設(shè)計(jì)直接優(yōu)化設(shè)計(jì)強(qiáng)度與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)氣固、液固耦合設(shè)計(jì)氣固、液固耦合設(shè)計(jì)先進(jìn)制造技術(shù)：五座標(biāo)銑床

9、、真空焊接、動(dòng)平衡，軸承與密封先進(jìn)制造技術(shù)：五座標(biāo)銑床、真空焊接、動(dòng)平衡，軸承與密封監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)高速化、小型化、高壓比、小流量高速化、小型化、高壓比、小流量流體機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)與發(fā)展流體機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)與發(fā)展從一維、二維到三維流場(chǎng)計(jì)算從一維、二維到三維流場(chǎng)計(jì)算從定常設(shè)計(jì)到非定常設(shè)計(jì)從定常設(shè)計(jì)到非定常設(shè)計(jì)從以經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法到三多設(shè)計(jì)從以經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法到三多設(shè)計(jì)( (多多設(shè)計(jì)工況、多約束條件、多目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)工況、多約束條件、多目標(biāo)函數(shù)) )與二非與二非( (非定常非定常流與非穩(wěn)定流動(dòng)流與非穩(wěn)定流動(dòng)) )設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)非定常流動(dòng)引起軸系振動(dòng)與氣固、流固耦合分析等非定

10、常流動(dòng)引起軸系振動(dòng)與氣固、流固耦合分析等葉輪式機(jī)械持續(xù)發(fā)展的因素葉輪式機(jī)械持續(xù)發(fā)展的因素 1 1基礎(chǔ)理論方面：葉輪機(jī)氣動(dòng)力學(xué)，基礎(chǔ)理論方面：葉輪機(jī)氣動(dòng)力學(xué)，N-S方程、紊流目前仍處于無(wú)解的狀態(tài)。方程、紊流目前仍處于無(wú)解的狀態(tài)。CFD軟件是在雷諾時(shí)均方程基礎(chǔ)上發(fā)展，有很大的缺陷。其根本的問題軟件是在雷諾時(shí)均方程基礎(chǔ)上發(fā)展，有很大的缺陷。其根本的問題是建立在表象法上，并非從物理上尋找本質(zhì)的東西，其次是數(shù)據(jù)過多，是建立在表象法上，并非從物理上尋找本質(zhì)的東西，其次是數(shù)據(jù)過多，難以分析。難以分析。要解決的實(shí)際問題很多：高溫、高壓、高效、高轉(zhuǎn)速、高推重比，寬工要解決的實(shí)際問題很多：高溫、高壓、高效、高轉(zhuǎn)速

11、、高推重比，寬工況范圍、小型化、安全可靠性的要求，對(duì)設(shè)計(jì)、材料、加工工藝、安裝況范圍、小型化、安全可靠性的要求，對(duì)設(shè)計(jì)、材料、加工工藝、安裝調(diào)試，監(jiān)測(cè)、控制提出越來(lái)越高的要求。調(diào)試，監(jiān)測(cè)、控制提出越來(lái)越高的要求。葉輪式機(jī)械持續(xù)發(fā)展的因素葉輪式機(jī)械持續(xù)發(fā)展的因素 2 2葉輪機(jī)理論并不是一個(gè)純理論。葉輪機(jī)理論并不是一個(gè)純理論。由于葉輪機(jī)牽涉到軍事工業(yè)與國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的行業(yè)，各大國(guó)均十分重由于葉輪機(jī)牽涉到軍事工業(yè)與國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的行業(yè)，各大國(guó)均十分重視。如我國(guó)視。如我國(guó)863863的投入與近年軍工投入、西氣東輸，的投入與近年軍工投入、西氣東輸，2121套發(fā)電用燃機(jī)套發(fā)電用燃機(jī)等投入。由于葉輪機(jī)是提供動(dòng)力

12、與能源，所以，無(wú)論其他如生物，基等投入。由于葉輪機(jī)是提供動(dòng)力與能源，所以，無(wú)論其他如生物，基因，微電子技術(shù)發(fā)展，仍不能代替葉輪機(jī)的作用。因，微電子技術(shù)發(fā)展，仍不能代替葉輪機(jī)的作用。目前大至目前大至 120120萬(wàn)千瓦的單機(jī)，小至幾十毫米見方的微型燃機(jī)。很小的萬(wàn)千瓦的單機(jī)，小至幾十毫米見方的微型燃機(jī)。很小的幾十微米的水泵。發(fā)展空間很大。幾十微米的水泵。發(fā)展空間很大。麻省理工開發(fā)的微型燃機(jī)移動(dòng)式離心壓縮機(jī)的發(fā)展移動(dòng)式離心壓縮機(jī)的發(fā)展 1 1與軸流相比，流量小，壓比高，效率較低，簡(jiǎn)單與軸流相比，流量小，壓比高，效率較低，簡(jiǎn)單來(lái)自航空推進(jìn)技術(shù)與工業(yè)需求的動(dòng)力來(lái)自航空推進(jìn)技術(shù)與工業(yè)需求的動(dòng)力 航空推進(jìn)技

13、術(shù)的引入推動(dòng)了離心壓縮機(jī)的發(fā)展。航空推進(jìn)技術(shù)的引入推動(dòng)了離心壓縮機(jī)的發(fā)展。英國(guó)的英國(guó)的Frank Whittle和德國(guó)的和德國(guó)的Hans JoachlmPabst von chain分別造出了世界上第一臺(tái)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，分別造出了世界上第一臺(tái)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，他們都使用了離心壓縮機(jī)他們都使用了離心壓縮機(jī)Von chain的的HeW3B發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)與1939年年4月月27日裝在日裝在亨克爾亨克爾78式戰(zhàn)斗機(jī)上完成了世界上第一次噴氣飛式戰(zhàn)斗機(jī)上完成了世界上第一次噴氣飛行，安裝行，安裝Whitttle的的WI發(fā)動(dòng)機(jī)的幽靈式發(fā)動(dòng)機(jī)的幽靈式E2839戰(zhàn)戰(zhàn)機(jī)于機(jī)于1941年年5月月15日第一次飛行。日第一次飛行。

14、移動(dòng)式離心壓縮機(jī)的發(fā)展移動(dòng)式離心壓縮機(jī)的發(fā)展 2 2 Frank Whittle于于1930年年7月申請(qǐng)了噴氣式發(fā)月申請(qǐng)了噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)專利，圖動(dòng)機(jī)專利，圖4和圖和圖5是是Whitttle WI型發(fā)動(dòng)機(jī)的剖型發(fā)動(dòng)機(jī)的剖面圖和轉(zhuǎn)子圖，裝有一個(gè)兩側(cè)進(jìn)氣的單級(jí)離心壓面圖和轉(zhuǎn)子圖，裝有一個(gè)兩側(cè)進(jìn)氣的單級(jí)離心壓縮機(jī)，由同軸的單級(jí)透平帶動(dòng)，使用雙面進(jìn)氣轉(zhuǎn)縮機(jī)，由同軸的單級(jí)透平帶動(dòng)，使用雙面進(jìn)氣轉(zhuǎn)子是為了防止轉(zhuǎn)子尖部流速超音，并減少軸承承子是為了防止轉(zhuǎn)子尖部流速超音，并減少軸承承受的軸向力，他曾設(shè)想制造單級(jí)壓比為受的軸向力，他曾設(shè)想制造單級(jí)壓比為4的壓縮的壓縮機(jī)，當(dāng)時(shí)最高的壓比為機(jī)，當(dāng)時(shí)最高的壓比為2.5。早

15、期使用離心式壓縮機(jī)與向心式透平的燃機(jī)早期使用離心式壓縮機(jī)與向心式透平的燃機(jī)移動(dòng)式離心壓縮機(jī)的發(fā)展移動(dòng)式離心壓縮機(jī)的發(fā)展 4 4二戰(zhàn)后，離心式壓縮機(jī)主要在小型飛行器上得到二戰(zhàn)后，離心式壓縮機(jī)主要在小型飛行器上得到廣泛的應(yīng)用，如直升機(jī)和一些小型飛機(jī)的輔助動(dòng)廣泛的應(yīng)用，如直升機(jī)和一些小型飛機(jī)的輔助動(dòng)力裝置。直升機(jī)的性能取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，尤力裝置。直升機(jī)的性能取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，尤其式軍用發(fā)動(dòng)機(jī)要有緊湊的結(jié)構(gòu)和高的推重比。其式軍用發(fā)動(dòng)機(jī)要有緊湊的結(jié)構(gòu)和高的推重比。直升機(jī)最理想的壓縮機(jī)配置是單級(jí)壓縮機(jī)，主要直升機(jī)最理想的壓縮機(jī)配置是單級(jí)壓縮機(jī)，主要是簡(jiǎn)單，耐用。對(duì)沒有回?zé)崞鞯娜細(xì)廨啓C(jī)而言，是簡(jiǎn)單，耐用

16、。對(duì)沒有回?zé)崞鞯娜細(xì)廨啓C(jī)而言，需要具有高壓比和高的透平進(jìn)口溫度。這樣，單需要具有高壓比和高的透平進(jìn)口溫度。這樣，單級(jí)離心壓縮機(jī)壓比為級(jí)離心壓縮機(jī)壓比為8：l12：l時(shí)，在合理的葉時(shí)，在合理的葉尖間隙條件下，級(jí)效率需要達(dá)到尖間隙條件下，級(jí)效率需要達(dá)到80。 移動(dòng)式離心壓縮機(jī)的發(fā)展移動(dòng)式離心壓縮機(jī)的發(fā)展 5 5一個(gè)替代方法是壓縮機(jī)前幾級(jí)采用軸流式，最一個(gè)替代方法是壓縮機(jī)前幾級(jí)采用軸流式，最后一級(jí)或兩級(jí)采用離心式，這種設(shè)計(jì)常用在公后一級(jí)或兩級(jí)采用離心式，這種設(shè)計(jì)常用在公務(wù)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)上，下圖是務(wù)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)上，下圖是RTM332發(fā)動(dòng)機(jī)，單發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)功率為臺(tái)功率為1369千瓦，最大連續(xù)功率千瓦，最大連續(xù)

17、功率1253千瓦。千瓦。主要用于主要用于NH90直升機(jī)。直升機(jī)。用在稍大型飛機(jī)上的用在稍大型飛機(jī)上的 軸馬力可達(dá)到軸馬力可達(dá)到1750。 固定式離心壓縮機(jī)的發(fā)展固定式離心壓縮機(jī)的發(fā)展 1 1大流量軸流壓縮機(jī)一般效率應(yīng)在大流量軸流壓縮機(jī)一般效率應(yīng)在0.880.92, 如如GHH、Sulzer、陜鼓采用靜葉可調(diào)，俄羅斯一、陜鼓采用靜葉可調(diào)，俄羅斯一家原用于軍工生產(chǎn)的基里夫工廠的軸流壓縮機(jī)效家原用于軍工生產(chǎn)的基里夫工廠的軸流壓縮機(jī)效率高達(dá)率高達(dá)0.92，涅瓦工廠達(dá)到，涅瓦工廠達(dá)到0.90左右。左右。大流量的離心壓縮機(jī)效率達(dá)大流量的離心壓縮機(jī)效率達(dá)0.85以上，如歐美、以上，如歐美、日、俄諸廠家日、俄

18、諸廠家Demag、Delava、Elliot、Sultzer，新皮隆，日立，三菱，荏原，神戶制鋼所及國(guó)內(nèi)新皮隆，日立，三菱，荏原，神戶制鋼所及國(guó)內(nèi)沈鼓、陜鼓、錦西都能達(dá)到此水平左右。沈鼓、陜鼓、錦西都能達(dá)到此水平左右。大型煉油、乙烯、化肥、尼龍、等石化企業(yè)中對(duì)大型煉油、乙烯、化肥、尼龍、等石化企業(yè)中對(duì)離心壓縮機(jī)的更苛刻的要求是混合介質(zhì)在壓縮過離心壓縮機(jī)的更苛刻的要求是混合介質(zhì)在壓縮過程中的物性變化程中的物性變化(如如Cp、粘度、可壓縮性系數(shù)等、粘度、可壓縮性系數(shù)等)的掌握，特別在臨界點(diǎn)附近的急劇變化。的掌握，特別在臨界點(diǎn)附近的急劇變化。固定式離心壓縮機(jī)的發(fā)展固定式離心壓縮機(jī)的發(fā)展 2 2目前的

19、關(guān)鍵在于高壓比、小流量壓縮機(jī)的效率。目前的關(guān)鍵在于高壓比、小流量壓縮機(jī)的效率。由于小流量壓縮機(jī)管道很窄，對(duì)整個(gè)流道來(lái)講，由于小流量壓縮機(jī)管道很窄，對(duì)整個(gè)流道來(lái)講，摩擦損失所占的比重很大，因此，效率較難提高。摩擦損失所占的比重很大，因此，效率較難提高。另外，葉輪的效率高低與葉輪的某些尺寸有很大另外，葉輪的效率高低與葉輪的某些尺寸有很大的關(guān)系。的關(guān)系。如輪廓比如輪廓比Dh、葉輪軸向長(zhǎng)度、葉輪軸向長(zhǎng)度Z 、葉片形狀在、葉片形狀在一定的一定的D2下如輪廓比下如輪廓比Dh較大；葉片變短，葉較大；葉片變短，葉片負(fù)荷增大，一般效率會(huì)下降；片負(fù)荷增大，一般效率會(huì)下降；Z過小，會(huì)使流過小，會(huì)使流動(dòng)的轉(zhuǎn)彎過急，效

20、率也會(huì)下降動(dòng)的轉(zhuǎn)彎過急，效率也會(huì)下降 固定式離心壓縮機(jī)的發(fā)展固定式離心壓縮機(jī)的發(fā)展 3 3對(duì)單軸多級(jí)壓氣機(jī)來(lái)講，軸徑較細(xì)或兩軸承間間對(duì)單軸多級(jí)壓氣機(jī)來(lái)講，軸徑較細(xì)或兩軸承間間距過大，會(huì)引起轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題因此對(duì)單輪多距過大，會(huì)引起轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題因此對(duì)單輪多級(jí)壓氣機(jī)而言，在高壓（即小流量）時(shí)級(jí)壓氣機(jī)而言，在高壓（即小流量）時(shí), , 一般效一般效率不可能過高率不可能過高. . 如沈鼓、俄羅斯、新皮隆模型級(jí)中如沈鼓、俄羅斯、新皮隆模型級(jí)中(b2/D20.01) (b2/D20.01) 效率約為效率約為 0.550.55，就已經(jīng)是國(guó)際中上水平了。，就已經(jīng)是國(guó)際中上水平了。 小流量高壓頭葉輪是主攻方向，各

21、種怪葉型很多。小流量高壓頭葉輪是主攻方向，各種怪葉型很多。 國(guó)內(nèi)外民用界軸流、離心壓縮機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外民用界軸流、離心壓縮機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外公司國(guó)外公司 沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠：引進(jìn)意大利新皮隆技術(shù)，沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠：引進(jìn)意大利新皮隆技術(shù)，Demag、日立部分技術(shù)、日立部分技術(shù)(離心離心) 陜西鼓風(fēng)機(jī)廠：引進(jìn)瑞士陜西鼓風(fēng)機(jī)廠：引進(jìn)瑞士Sulzer技術(shù)技術(shù)( (軸流軸流) )，俄技術(shù)，俄技術(shù)( (離心離心) )，三菱，三菱TRTTRT 上海鼓風(fēng)機(jī)廠：引進(jìn)動(dòng)葉可調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)技術(shù)上海鼓風(fēng)機(jī)廠：引進(jìn)動(dòng)葉可調(diào)軸流通風(fēng)機(jī)技術(shù) 江津增壓機(jī)廠江津增壓機(jī)廠: ABB: ABB增壓器，杭氧：離心、增壓器、氧壓機(jī)增壓器，杭氧：離心、

22、增壓器、氧壓機(jī) 南京燃?xì)廨啓C(jī)廠：引進(jìn)南京燃?xì)廨啓C(jī)廠：引進(jìn)GEGE幾個(gè)型號(hào)的許可證，技術(shù)含量較低。幾個(gè)型號(hào)的許可證，技術(shù)含量較低。國(guó)內(nèi)情況國(guó)內(nèi)情況 GE, Siemens, Nuovo Pignone, Delava, Demag, GHH, Sultz, Elliot, Ingersoll-Rand, Dresser Rand, ABB，涅瓦工廠，日立，三，涅瓦工廠，日立，三菱、荏原，神戶制鋼所等。菱、荏原，神戶制鋼所等。技術(shù)支持方面：如技術(shù)支持方面：如NASA, NREC , Concept等。等。 國(guó)內(nèi)外軸流、離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外軸流、離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)狀 在葉輪機(jī)械氣動(dòng)力學(xué)理論

23、發(fā)展中，以吳仲華先生在葉輪機(jī)械氣動(dòng)力學(xué)理論發(fā)展中，以吳仲華先生S1-S2流面理論為流面理論為代表的我國(guó)一批專家，如劉高聯(lián)、蔡睿賢、王仲奇、徐建中、蔣洪代表的我國(guó)一批專家，如劉高聯(lián)、蔡睿賢、王仲奇、徐建中、蔣洪德等院士，作出了重大的貢獻(xiàn)，使我國(guó)在葉輪機(jī)械氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域在德等院士，作出了重大的貢獻(xiàn)，使我國(guó)在葉輪機(jī)械氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域在國(guó)際上占據(jù)較高的地位。國(guó)際上占據(jù)較高的地位。 實(shí)際設(shè)計(jì)能力，由于受到材料、加工工藝的限制，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)實(shí)際設(shè)計(jì)能力，由于受到材料、加工工藝的限制，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家是有差距的。家是有差距的。 設(shè)計(jì)方法與理論方面：設(shè)計(jì)方法與理論方面：技術(shù)支持方面：如技術(shù)支持方面：如NASA, NR

24、EC , Concept等。等。流場(chǎng)計(jì)算流場(chǎng)計(jì)算 CFD軟件：軟件：Fluent, Numeca, CFX, Star CD, Phenix2) 設(shè)計(jì)技術(shù)方面設(shè)計(jì)技術(shù)方面 近十年來(lái)，國(guó)外對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖，只出口產(chǎn)品，而近十年來(lái)，國(guó)外對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖，只出口產(chǎn)品，而不出售技術(shù)。而同時(shí)從不出售技術(shù)。而同時(shí)從70年代后期起引進(jìn)的石化大型成套裝年代后期起引進(jìn)的石化大型成套裝置，都面臨更新?lián)Q代、挖潛增效的任務(wù)，需要開發(fā)自主的氣置，都面臨更新?lián)Q代、挖潛增效的任務(wù)，需要開發(fā)自主的氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法與技術(shù)。動(dòng)設(shè)計(jì)方法與技術(shù)。中國(guó)每年有中國(guó)每年有20億元以上的葉輪式壓縮機(jī)億元以上的葉輪式壓縮機(jī)市場(chǎng)，國(guó)外公司進(jìn)入，

25、國(guó)內(nèi)公司追求發(fā)展，己形成一定的技市場(chǎng)，國(guó)外公司進(jìn)入，國(guó)內(nèi)公司追求發(fā)展，己形成一定的技術(shù)市場(chǎng)。術(shù)市場(chǎng)。 約約8 家購(gòu)買家購(gòu)買 NREC的葉輪機(jī)械氣動(dòng)設(shè)計(jì)軟件，使用情況的葉輪機(jī)械氣動(dòng)設(shè)計(jì)軟件，使用情況并不理想。并不理想。3) 發(fā)展方向：高壓、高效、優(yōu)良的變工況性能、小型化發(fā)展方向：高壓、高效、優(yōu)良的變工況性能、小型化 國(guó)內(nèi)仍在運(yùn)行的進(jìn)口大型機(jī)組的水平國(guó)內(nèi)仍在運(yùn)行的進(jìn)口大型機(jī)組的水平 國(guó)內(nèi)三十萬(wàn)噸合成氨（國(guó)內(nèi)三十萬(wàn)噸合成氨（7575年）機(jī)組水平年）機(jī)組水平 空壓機(jī)（空壓機(jī)（101101J J）效率約）效率約 0.7250.725 原料氣壓縮機(jī)（原料氣壓縮機(jī)（102102J J）效率約）效率約 0.6

26、270.627 合成氣壓縮機(jī)（合成氣壓縮機(jī)（103-J)103-J)效率約效率約 0.7090.709 氨壓機(jī)，氨壓機(jī)， CO2CO2壓縮機(jī)效率壓縮機(jī)效率國(guó)內(nèi)三十萬(wàn)噸乙烯裝置（國(guó)內(nèi)三十萬(wàn)噸乙烯裝置（7575年）機(jī)組水平年）機(jī)組水平 裂解氣壓縮機(jī)（裂解氣壓縮機(jī)（GB201GB201）效率約）效率約 0.7570.757 丙烯壓縮機(jī)（丙烯壓縮機(jī)（GB501GB501）效率約）效率約0.750.75 乙烯壓縮機(jī)（乙烯壓縮機(jī)（GB601GB601）效率約）效率約0.680.68 目前國(guó)內(nèi)外同類機(jī)組的水平（目前國(guó)內(nèi)外同類機(jī)組的水平（90年代），效率要比年代），效率要比70年代年代的機(jī)組高的機(jī)組高25以上

27、，因此有必要進(jìn)行更新或改造以上，因此有必要進(jìn)行更新或改造CO2壓縮壓縮機(jī)的防喘、防振等問題的改造。機(jī)的防喘、防振等問題的改造。離心式壓縮機(jī)的發(fā)展方向離心式壓縮機(jī)的發(fā)展方向 最近最近50年，離心式壓縮機(jī)得到了飛速發(fā)展，單年，離心式壓縮機(jī)得到了飛速發(fā)展，單級(jí)壓比可達(dá)到級(jí)壓比可達(dá)到8:l，現(xiàn)在仍需要更高效率的壓縮，現(xiàn)在仍需要更高效率的壓縮機(jī)。機(jī)。氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)：氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)： 相似設(shè)計(jì)法相似設(shè)計(jì)法 設(shè)計(jì)理論方法設(shè)計(jì)理論方法+經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法(性能與內(nèi)部流場(chǎng)性能與內(nèi)部流場(chǎng)) 機(jī)組先進(jìn)性的標(biāo)志與發(fā)展方向機(jī)組先進(jìn)性的標(biāo)志與發(fā)展方向 先進(jìn)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)先進(jìn)的氣動(dòng)

28、設(shè)計(jì)與強(qiáng)度與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì) 制造技術(shù)制造技術(shù)( (五座標(biāo)銑床、焊接五座標(biāo)銑床、焊接) )與檢測(cè)技術(shù)與檢測(cè)技術(shù) 可靠的實(shí)際混合氣體熱物性計(jì)算可靠的實(shí)際混合氣體熱物性計(jì)算 軸承、密封技術(shù)軸承、密封技術(shù) 良好的中冷器與冷凝量計(jì)算良好的中冷器與冷凝量計(jì)算 安全可靠的運(yùn)行保障系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行保障系統(tǒng) 機(jī)組先進(jìn)性的標(biāo)志主要包括機(jī)組的高效率、大工況范圍、高轉(zhuǎn)速、機(jī)組先進(jìn)性的標(biāo)志主要包括機(jī)組的高效率、大工況范圍、高轉(zhuǎn)速、小型化、組合化（低價(jià)格），精良的制造技術(shù)，材料，安全可靠的運(yùn)小型化、組合化（低價(jià)格），精良的制造技術(shù)，材料，安全可靠的運(yùn)行保障等內(nèi)容行保障等內(nèi)容 離心式壓縮機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展離心式壓縮機(jī)的關(guān)鍵

29、技術(shù)發(fā)展氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展：使流體能很順暢地流過氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展：使流體能很順暢地流過(最小能量泛函原理最小能量泛函原理)物性計(jì)算物性計(jì)算(工藝過程中變化、換熱、冷凝工藝過程中變化、換熱、冷凝)尋找一個(gè)較好的尋找一個(gè)較好的P-Q匹配的設(shè)計(jì)點(diǎn)匹配的設(shè)計(jì)點(diǎn)變工況性能曲線變工況性能曲線喘振與失速線之預(yù)測(cè)喘振與失速線之預(yù)測(cè)導(dǎo)致現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法導(dǎo)致現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法： 三多與二非三多與二非二二 流體機(jī)械氣動(dòng)設(shè)計(jì)理念發(fā)展中的前沿問題流體機(jī)械氣動(dòng)設(shè)計(jì)理念發(fā)展中的前沿問題新一代反命題與優(yōu)化命題研究新一代反命題與優(yōu)化命題研究 葉輪機(jī)械三多二非設(shè)計(jì)理念葉輪機(jī)械三多二非設(shè)計(jì)理念 以往設(shè)計(jì)：?jiǎn)卧O(shè)計(jì)工況，定常以往設(shè)

30、計(jì)：?jiǎn)卧O(shè)計(jì)工況，定常 三多設(shè)計(jì)：多設(shè)計(jì)工況，多目標(biāo)函數(shù)、多約束條件三多設(shè)計(jì)：多設(shè)計(jì)工況，多目標(biāo)函數(shù)、多約束條件 二非設(shè)計(jì)：非定常流動(dòng)、非穩(wěn)定流動(dòng)設(shè)計(jì)二非設(shè)計(jì)：非定常流動(dòng)、非穩(wěn)定流動(dòng)設(shè)計(jì) 基于基于CFD的葉輪機(jī)優(yōu)化方法的葉輪機(jī)優(yōu)化方法 基于最優(yōu)控制理論離心壓縮機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基于最優(yōu)控制理論離心壓縮機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法流體機(jī)械機(jī)械設(shè)計(jì)中的前沿問題流體機(jī)械機(jī)械設(shè)計(jì)中的前沿問題 強(qiáng)度與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，不平衡響應(yīng)與調(diào)頻強(qiáng)度與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，不平衡響應(yīng)與調(diào)頻 材料材料 氣固耦合與顫振氣固耦合與顫振 制造技術(shù)制造技術(shù)( (五座標(biāo)銑床、焊接五座標(biāo)銑床、焊接) )與檢測(cè)技術(shù)，氣動(dòng)設(shè)計(jì)與與檢測(cè)技術(shù)，氣動(dòng)設(shè)計(jì)與 快速造型

31、技術(shù)的配合，激光成形等新技趨快速造型技術(shù)的配合，激光成形等新技趨 可靠的實(shí)際混合氣體熱物性計(jì)算可靠的實(shí)際混合氣體熱物性計(jì)算 軸承軸承( (氣體、磁懸浮氣體、磁懸浮) )、密封技術(shù)、密封技術(shù)( (高壓干氣高壓干氣) ) 良好的中冷器與冷凝量計(jì)算良好的中冷器與冷凝量計(jì)算 安全可靠的運(yùn)行保障系統(tǒng)、仿真安全可靠的運(yùn)行保障系統(tǒng)、仿真 流體機(jī)械發(fā)展中所蘊(yùn)藏的科學(xué)問題流體機(jī)械發(fā)展中所蘊(yùn)藏的科學(xué)問題流體力學(xué)以及葉輪機(jī)械氣流體力學(xué)以及葉輪機(jī)械氣( (水水) )動(dòng)力學(xué)的基本理論：動(dòng)力學(xué)的基本理論：關(guān)鍵：關(guān)鍵：流體是有粘的、各向異性、非線性、非定常流體是有粘的、各向異性、非線性、非定常 N-SN-S方程的不可解。方

32、程的不可解。勢(shì)流流動(dòng)勢(shì)流流動(dòng)-理論流體力學(xué)、場(chǎng)論、復(fù)變函數(shù)、奇點(diǎn)、保理論流體力學(xué)、場(chǎng)論、復(fù)變函數(shù)、奇點(diǎn)、保角變換等發(fā)展到提出的儒可夫斯基機(jī)翼理論。角變換等發(fā)展到提出的儒可夫斯基機(jī)翼理論。粘流流動(dòng)：實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)粘流流動(dòng)：實(shí)驗(yàn)流體力學(xué) 基于邊界層假定基于邊界層假定 歐拉方程與個(gè)別歐拉方程與個(gè)別N-SN-S方程的特殊解方程的特殊解 N-SN-S方程的數(shù)值解與紊流模型數(shù)值解。方程的數(shù)值解與紊流模型數(shù)值解。流體機(jī)械發(fā)展中所蘊(yùn)藏的科學(xué)問題流體機(jī)械發(fā)展中所蘊(yùn)藏的科學(xué)問題N-S方程的數(shù)值解與紊流模型數(shù)值解。方程的數(shù)值解與紊流模型數(shù)值解。非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題非定常流體動(dòng)力學(xué)固有問題非

33、定常流體動(dòng)力學(xué)固有問題非穩(wěn)定流體動(dòng)力學(xué)非穩(wěn)定流體動(dòng)力學(xué)跨、超音速流動(dòng)跨、超音速流動(dòng)汽液：汽泡動(dòng)力學(xué)，汽蝕與泥沙微團(tuán)混合磨損問題汽液：汽泡動(dòng)力學(xué)，汽蝕與泥沙微團(tuán)混合磨損問題氣固：氣固磨損與分離中的問題氣固：氣固磨損與分離中的問題微尺度部件中流動(dòng)微尺度部件中流動(dòng)新一代反命題與優(yōu)化命題研究新一代反命題與優(yōu)化命題研究(存在性、唯一性存在性、唯一性) N-SN-S方程的數(shù)值解與紊流模型數(shù)值解：方程的數(shù)值解與紊流模型數(shù)值解：關(guān)鍵：關(guān)鍵： N-SN-S方程本身可信性問題方程本身可信性問題，數(shù)學(xué)上存在混沌、，數(shù)學(xué)上存在混沌、 分岔等一系列難點(diǎn)分岔等一系列難點(diǎn) N-SN-S方程的雷諾平均方法可信性問題方程的雷諾

34、平均方法可信性問題 雷諾方程?；目尚判詥栴}雷諾方程?；目尚判詥栴}， 基于均勻、各向同性紊流的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基于均勻、各向同性紊流的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 傳輸方程的理念是一階的概念，對(duì)強(qiáng)非傳輸方程的理念是一階的概念，對(duì)強(qiáng)非 線性系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)單化處理線性系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)單化處理 生成項(xiàng)、耗散項(xiàng)、源項(xiàng)的?；?，系數(shù)的取法生成項(xiàng)、耗散項(xiàng)、源項(xiàng)的?；?，系數(shù)的取法 計(jì)算格式的選取，邊界條件確定計(jì)算格式的選取，邊界條件確定 大渦模擬大渦模擬非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題 非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題：非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題： 三論三論( (控制論、系統(tǒng)論、信息論控制論、系統(tǒng)論、信息論) ) 非線性科學(xué)是新三論非

35、線性科學(xué)是新三論( (突變論、耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論突變論、耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論) )的基礎(chǔ)的基礎(chǔ) 1)1)突變論：某一參數(shù)改變至臨界值，系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)突變，實(shí)質(zhì)上是失突變論：某一參數(shù)改變至臨界值，系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)突變，實(shí)質(zhì)上是失穩(wěn)。物理上如相變、物種滅亡、戰(zhàn)爭(zhēng)、南北極調(diào)換、流體中失速團(tuán)的穩(wěn)。物理上如相變、物種滅亡、戰(zhàn)爭(zhēng)、南北極調(diào)換、流體中失速團(tuán)的演變、系統(tǒng)喘振、磁滯曲線、喘振環(huán)、材料斷裂、放大器放大率突變演變、系統(tǒng)喘振、磁滯曲線、喘振環(huán)、材料斷裂、放大器放大率突變等。數(shù)學(xué)上則認(rèn)為是、微分方程進(jìn)入失效的固有問題如混沌、分岔、等。數(shù)學(xué)上則認(rèn)為是、微分方程進(jìn)入失效的固有問題如混沌、分岔、極限環(huán)或可能的分?jǐn)?shù)維結(jié)

36、構(gòu)。這是非線性系統(tǒng)的固有特征極限環(huán)或可能的分?jǐn)?shù)維結(jié)構(gòu)。這是非線性系統(tǒng)的固有特征( (如磁滯曲如磁滯曲線、喘振環(huán)的不可能直接返回初始點(diǎn)線、喘振環(huán)的不可能直接返回初始點(diǎn)) )，是避開還是利用，是避開還是利用? ? 非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題 2 2非線性科學(xué)是新三論非線性科學(xué)是新三論( (突變論、耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論突變論、耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論) )的基礎(chǔ)的基礎(chǔ) 2)2)耗散結(jié)構(gòu)論：系統(tǒng)可以在某些條件下穩(wěn)定，沒有耗散的系統(tǒng)必然是耗散結(jié)構(gòu)論：系統(tǒng)可以在某些條件下穩(wěn)定，沒有耗散的系統(tǒng)必然是不穩(wěn)定的，但耗散過大最終停止運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開不穩(wěn)定的，但耗散過大最終停止運(yùn)動(dòng)。因

37、此對(duì)于一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)放系統(tǒng)( (指有能量與質(zhì)量交換，封閉系統(tǒng)一般指有能量交換而無(wú)質(zhì)量指有能量與質(zhì)量交換，封閉系統(tǒng)一般指有能量交換而無(wú)質(zhì)量交換交換) )通過與外部的能量與質(zhì)量交換，以及內(nèi)部的不可逆過程通過與外部的能量與質(zhì)量交換，以及內(nèi)部的不可逆過程( (耗散耗散) )，無(wú)序的非平衡態(tài)可能失穩(wěn)，某些漲落可能被放大，而使原來(lái)的混沌無(wú)無(wú)序的非平衡態(tài)可能失穩(wěn)，某些漲落可能被放大，而使原來(lái)的混沌無(wú)序狀態(tài)發(fā)生突變，可能出現(xiàn)穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。這種有序結(jié)構(gòu)序狀態(tài)發(fā)生突變，可能出現(xiàn)穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。這種有序結(jié)構(gòu)( (無(wú)序無(wú)序有序有序) )的形成與維持都需要能量的耗散，稱之為耗散結(jié)構(gòu)。如的形成與維持都需要能量

38、的耗散，稱之為耗散結(jié)構(gòu)。如N-SN-S方程方程到雷諾方程到輸運(yùn)方程，就要制造一種生成、耗散、源項(xiàng)的物理意義到雷諾方程到輸運(yùn)方程，就要制造一種生成、耗散、源項(xiàng)的物理意義上趨向平衡的結(jié)構(gòu)，邊界層內(nèi)生成等于耗散的假定等。上趨向平衡的結(jié)構(gòu)，邊界層內(nèi)生成等于耗散的假定等。 系統(tǒng)失穩(wěn)條件是：遠(yuǎn)離平衡態(tài)，動(dòng)力學(xué)過程中有系統(tǒng)失穩(wěn)條件是：遠(yuǎn)離平衡態(tài)，動(dòng)力學(xué)過程中有適當(dāng)?shù)倪m當(dāng)?shù)姆蔷€性作用非線性作用 非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題 3 3非線性科學(xué)是新三論非線性科學(xué)是新三論( (突變論、耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論突變論、耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論) )的基礎(chǔ)的基礎(chǔ) 3)3)協(xié)同論：大系統(tǒng)協(xié)同論：大系統(tǒng)( (可以是

39、自然界、人類社會(huì)、金融系統(tǒng)可以是自然界、人類社會(huì)、金融系統(tǒng)等等) )是許多分層次的、互相聯(lián)系的、互相作用但又獨(dú)立的是許多分層次的、互相聯(lián)系的、互相作用但又獨(dú)立的子系統(tǒng)組成。子系統(tǒng)有自發(fā)的無(wú)序的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，但又能互子系統(tǒng)組成。子系統(tǒng)有自發(fā)的無(wú)序的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，但又能互相耦合。如種群數(shù)目減少與增生的協(xié)同，如大系統(tǒng)多目標(biāo)相耦合。如種群數(shù)目減少與增生的協(xié)同，如大系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化的協(xié)調(diào)解。優(yōu)化的協(xié)調(diào)解。 非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)固有問題4 4流體力學(xué)與流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)中非線性問題流體力學(xué)與流體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)中非線性問題 相變，如工質(zhì)冷凝中氣液相平衡問題實(shí)際是非平衡態(tài)的問題相變，如工質(zhì)冷凝中氣液相平

40、衡問題實(shí)際是非平衡態(tài)的問題 失速團(tuán)生成、演變失速團(tuán)生成、演變 喘振環(huán)喘振環(huán) 系統(tǒng)喘振系統(tǒng)喘振 機(jī)翼葉柵大攻角工況的立渦出現(xiàn)機(jī)翼葉柵大攻角工況的立渦出現(xiàn)? ? 旋轉(zhuǎn)園環(huán)中渦帶生成、演變旋轉(zhuǎn)園環(huán)中渦帶生成、演變( (極限環(huán)極限環(huán)?) ?) 葉片表面紊流斑與自然界紊流斑現(xiàn)象葉片表面紊流斑與自然界紊流斑現(xiàn)象 非定常流體動(dòng)力學(xué)固有問題非定常流體動(dòng)力學(xué)固有問題1 1 速度與壓力傳播的頻率、相位變化速度與壓力傳播的頻率、相位變化 物性粘性、紊流粘性物性粘性、紊流粘性( (流動(dòng)結(jié)構(gòu)流動(dòng)結(jié)構(gòu)) )對(duì)其影響對(duì)其影響 非定常流動(dòng)數(shù)值計(jì)算中問題非定常流動(dòng)數(shù)值計(jì)算中問題 非定常流動(dòng)與固體件非定常流動(dòng)與固體件( (煙囪、

41、橋梁、高樓、葉片煙囪、橋梁、高樓、葉片) )的氣固的氣固 耦合及顫振問題耦合及顫振問題 非定常流動(dòng)對(duì)葉片、機(jī)組性能影響非定常流動(dòng)對(duì)葉片、機(jī)組性能影響 非定常效應(yīng)的利用：擴(kuò)壓空間擺動(dòng)流、間隙流、強(qiáng)升力非定常效應(yīng)的利用：擴(kuò)壓空間擺動(dòng)流、間隙流、強(qiáng)升力非定常流體動(dòng)力學(xué)固有問題非定常流體動(dòng)力學(xué)固有問題2 2非定常流動(dòng)設(shè)計(jì)問題：非定常流動(dòng)設(shè)計(jì)問題： 連續(xù)有規(guī)律變化來(lái)流，如進(jìn)氣道疇變，徑向?qū)鉁u殼進(jìn)氣連續(xù)有規(guī)律變化來(lái)流，如進(jìn)氣道疇變，徑向?qū)鉁u殼進(jìn)氣 連續(xù)有規(guī)律固壁變化連續(xù)有規(guī)律固壁變化 如直升機(jī)翼，如直升機(jī)翼， 大型空冷電站風(fēng)機(jī)葉片，風(fēng)力機(jī)葉片大型空冷電站風(fēng)機(jī)葉片，風(fēng)力機(jī)葉片 攻角不敏感葉片設(shè)計(jì)攻角不敏

42、感葉片設(shè)計(jì) Clocking effects Clocking effects 的研究與應(yīng)用的研究與應(yīng)用( (性能、降噪性能、降噪) ) 非定常流動(dòng)的三維分離、極限流線，分離準(zhǔn)則等非定常流動(dòng)的三維分離、極限流線，分離準(zhǔn)則等 相鄰葉柵間尾緣與前緣線空間位置分布之降噪相鄰葉柵間尾緣與前緣線空間位置分布之降噪 三三 透平壓縮機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與原理透平壓縮機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與原理多級(jí)離心壓縮機(jī)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法多級(jí)離心壓縮機(jī)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法現(xiàn)代最優(yōu)控制理論應(yīng)用于葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)現(xiàn)代最優(yōu)控制理論應(yīng)用于葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)建立離心式壓縮機(jī)喘振判斷方法與準(zhǔn)則建立離心式壓縮機(jī)喘振判斷方法與準(zhǔn)則以往的設(shè)計(jì)：以往的設(shè)計(jì)：

43、考慮單一設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，定常流場(chǎng)分析考慮單一設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，定常流場(chǎng)分析(基于流線曲率法的各種算法、基于流線曲率法的各種算法、S1-S2流面、流面、有限元法有限元法)葉輪設(shè)計(jì)葉輪設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算流場(chǎng)計(jì)算流場(chǎng)計(jì)算靜子設(shè)計(jì)靜子設(shè)計(jì)一維設(shè)計(jì)一維設(shè)計(jì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法： 多設(shè)計(jì)工況點(diǎn)多設(shè)計(jì)工況點(diǎn) 動(dòng)、靜干涉，進(jìn)口非均勻、非定常動(dòng)、靜干涉，進(jìn)口非均勻、非定常 系統(tǒng)喘振預(yù)測(cè)、葉片顫振系統(tǒng)喘振預(yù)測(cè)、葉片顫振 整機(jī)或部件中實(shí)際粘性流動(dòng)分析整機(jī)或部件中實(shí)際粘性流動(dòng)分析(N-S方程方程)當(dāng)今流體機(jī)械設(shè)計(jì)觀念的發(fā)展當(dāng)今流體機(jī)械設(shè)計(jì)觀念的發(fā)展以往設(shè)計(jì)：?jiǎn)卧O(shè)計(jì)工況，定常以往設(shè)計(jì)：?jiǎn)卧O(shè)計(jì)工況，定常三多設(shè)計(jì)三多設(shè)計(jì)(多

44、設(shè)計(jì)工況，多目標(biāo)函數(shù)、多約束多設(shè)計(jì)工況，多目標(biāo)函數(shù)、多約束)二非設(shè)計(jì)二非設(shè)計(jì)(非定常、非穩(wěn)定設(shè)計(jì)非定常、非穩(wěn)定設(shè)計(jì)) 三多設(shè)計(jì)三多設(shè)計(jì)(多設(shè)計(jì)工況、多目標(biāo)、多約束的優(yōu)化多設(shè)計(jì)工況、多目標(biāo)、多約束的優(yōu)化)多設(shè)計(jì)工況多設(shè)計(jì)工況：介質(zhì)組份變化、冷卻溫度、冬夏環(huán)境、正常：介質(zhì)組份變化、冷卻溫度、冬夏環(huán)境、正常與開工階段等、希望尋找模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)點(diǎn)。與開工階段等、希望尋找模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)點(diǎn)。多目標(biāo)函數(shù)多目標(biāo)函數(shù)：高效、寬工況范圍、低造價(jià)。從優(yōu)化理論知，：高效、寬工況范圍、低造價(jià)。從優(yōu)化理論知，原則上多目標(biāo)無(wú)最優(yōu)解。希望尋找協(xié)調(diào)解原則上多目標(biāo)無(wú)最優(yōu)解。希望尋找協(xié)調(diào)解(從可行解集中求從可行解集中求取取)。多約束條

45、件多約束條件：為了保證設(shè)計(jì)的可靠性，必須滿足強(qiáng)度、轉(zhuǎn)：為了保證設(shè)計(jì)的可靠性，必須滿足強(qiáng)度、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)與一些氣動(dòng)方面的約束。帶約束比無(wú)約束的優(yōu)化子動(dòng)力學(xué)與一些氣動(dòng)方面的約束。帶約束比無(wú)約束的優(yōu)化在數(shù)學(xué)上更困難。在數(shù)學(xué)上更困難。達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)：即不僅要有高的單設(shè)計(jì)工況點(diǎn)效率，：即不僅要有高的單設(shè)計(jì)工況點(diǎn)效率，并且還應(yīng)該有能滿足多個(gè)設(shè)計(jì)工況的設(shè)計(jì)以及高效的變工并且還應(yīng)該有能滿足多個(gè)設(shè)計(jì)工況的設(shè)計(jì)以及高效的變工況性能和大的喘振裕度來(lái)考核機(jī)組的綜合先進(jìn)性。況性能和大的喘振裕度來(lái)考核機(jī)組的綜合先進(jìn)性。 二非設(shè)計(jì)二非設(shè)計(jì)(非定常、非穩(wěn)定非定常、非穩(wěn)定)非定常流動(dòng)設(shè)計(jì)非定常流動(dòng)設(shè)計(jì)：葉輪

46、機(jī)械內(nèi)部動(dòng)、靜部件的干涉、背壓：葉輪機(jī)械內(nèi)部動(dòng)、靜部件的干涉、背壓的有規(guī)律或無(wú)規(guī)律的波動(dòng)、進(jìn)氣蝸殼，進(jìn)氣道中的周向非的有規(guī)律或無(wú)規(guī)律的波動(dòng)、進(jìn)氣蝸殼，進(jìn)氣道中的周向非均勻、非定常來(lái)流、對(duì)葉片氣固耦合、顫振、級(jí)性能及整均勻、非定常來(lái)流、對(duì)葉片氣固耦合、顫振、級(jí)性能及整機(jī)性能的作用與影響，應(yīng)該在設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)葉片數(shù)、機(jī)性能的作用與影響，應(yīng)該在設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)葉片數(shù)、動(dòng)靜部件間隙與周向位置分布、動(dòng)靜葉的葉型、擴(kuò)壓器、動(dòng)靜部件間隙與周向位置分布、動(dòng)靜葉的葉型、擴(kuò)壓器、回流器、蝸殼設(shè)計(jì)等的控制達(dá)到最好效果?；亓髌?、蝸殼設(shè)計(jì)等的控制達(dá)到最好效果。非穩(wěn)定流動(dòng)設(shè)計(jì)非穩(wěn)定流動(dòng)設(shè)計(jì)：主要針對(duì)失速及系統(tǒng)喘振，

47、希望在設(shè)計(jì)主要針對(duì)失速及系統(tǒng)喘振，希望在設(shè)計(jì)階段能有效地計(jì)算出可靠的喘振警戒線與盡可能地?cái)U(kuò)大喘階段能有效地計(jì)算出可靠的喘振警戒線與盡可能地?cái)U(kuò)大喘振裕度，并通過壓縮系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析得到當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)，振裕度，并通過壓縮系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析得到當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)，回流的強(qiáng)度、喘振頻率等重要參數(shù)，為設(shè)置防喘回路與防回流的強(qiáng)度、喘振頻率等重要參數(shù)，為設(shè)置防喘回路與防喘閥的開啟速度控制提供依據(jù)。喘閥的開啟速度控制提供依據(jù)。 壓縮機(jī)喘振會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故壓縮機(jī)喘振會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故非穩(wěn)定流體動(dòng)力學(xué)非穩(wěn)定流體動(dòng)力學(xué) 1物理背景是非定常流動(dòng)發(fā)展至某一臨時(shí)參數(shù)，流動(dòng)發(fā)物理背景是非定常流動(dòng)發(fā)展至某一臨時(shí)參數(shù)，流動(dòng)發(fā)生突變、非穩(wěn)定流動(dòng)

48、生突變、非穩(wěn)定流動(dòng)失速與喘振的判斷技術(shù)失速與喘振的判斷技術(shù) 二非設(shè)計(jì)二非設(shè)計(jì)失速與喘振是壓縮機(jī)的特殊問題失速與喘振是壓縮機(jī)的特殊問題主要解決三個(gè)關(guān)鍵問題主要解決三個(gè)關(guān)鍵問題 失速點(diǎn)、喘振點(diǎn)的確定方法與準(zhǔn)確度；失速點(diǎn)、喘振點(diǎn)的確定方法與準(zhǔn)確度； 如何擴(kuò)大喘振裕度如何擴(kuò)大喘振裕度(即擴(kuò)大工況范圍即擴(kuò)大工況范圍)； 如何在設(shè)計(jì)前預(yù)測(cè)系統(tǒng)的喘振參數(shù)，確如何在設(shè)計(jì)前預(yù)測(cè)系統(tǒng)的喘振參數(shù)，確 定防喘振策略。定防喘振策略。非穩(wěn)定流體動(dòng)力學(xué)非穩(wěn)定流體動(dòng)力學(xué) 2級(jí)失速級(jí)失速 擴(kuò)壓器中的流態(tài)。擴(kuò)壓器中的流態(tài)。 通過葉輪與擴(kuò)壓器進(jìn)出口的安裝角與氣流軌跡的流動(dòng)計(jì)算通過葉輪與擴(kuò)壓器進(jìn)出口的安裝角與氣流軌跡的流動(dòng)計(jì)算,提出

49、提出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)則：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)則：Qsurge/Qdes=F( i, a a2, b3/d2, d4/d2) 壓縮系統(tǒng)喘振壓縮系統(tǒng)喘振 (已獲得軟件版權(quán)登記已獲得軟件版權(quán)登記) 采用小擾動(dòng)理論、集中參數(shù)模型，采用小擾動(dòng)理論、集中參數(shù)模型，通過穩(wěn)定性分析，確定喘振點(diǎn)、喘振頻通過穩(wěn)定性分析，確定喘振點(diǎn)、喘振頻率、強(qiáng)度、回流量。率、強(qiáng)度、回流量。失速與喘振的具體處理失速與喘振的具體處理非穩(wěn)定流體動(dòng)力學(xué)非穩(wěn)定流體動(dòng)力學(xué) 3 遼河油田二缸遼河油田二缸13級(jí)進(jìn)口天然氣壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)改造項(xiàng)目級(jí)進(jìn)口天然氣壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)改造項(xiàng)目1）氣量減少）氣量減少 經(jīng)常喘振經(jīng)常喘振 打回流維持生產(chǎn)打回流維持生產(chǎn) 耗能耗

50、能2）分子量降低）分子量降低 出口壓力降低出口壓力降低 影響后續(xù)工藝影響后續(xù)工藝 減產(chǎn)減產(chǎn) 用戶要求在不改變機(jī)殼與轉(zhuǎn)速的條件下用戶要求在不改變機(jī)殼與轉(zhuǎn)速的條件下: 提高出口壓力，關(guān)閉回流閥提高出口壓力，關(guān)閉回流閥1525% 73000Nm3/h 遼河油田進(jìn)口天然氣壓縮機(jī)組改造后情況遼河油田進(jìn)口天然氣壓縮機(jī)組改造后情況 改造后完全關(guān)閉回流閥，消除喘振與回流，改造后完全關(guān)閉回流閥，消除喘振與回流，節(jié)省能源，增加產(chǎn)量，使效益大增。節(jié)省能源，增加產(chǎn)量，使效益大增。 達(dá)到與超過達(dá)到與超過新皮隆公司的招標(biāo)書上的技術(shù)指標(biāo)。新皮隆公司的招標(biāo)書上的技術(shù)指標(biāo)。目前工廠的設(shè)計(jì)：目前工廠的設(shè)計(jì)：1)以模型級(jí)為基礎(chǔ)，匹

51、配成機(jī)以模型級(jí)為基礎(chǔ)，匹配成機(jī) 2)整機(jī)與級(jí)都重新設(shè)計(jì)整機(jī)與級(jí)都重新設(shè)計(jì)難點(diǎn)：難點(diǎn)：模型級(jí)是離散系統(tǒng)，但許多參數(shù)是連續(xù)系統(tǒng)，是混模型級(jí)是離散系統(tǒng)，但許多參數(shù)是連續(xù)系統(tǒng)，是混合系統(tǒng)優(yōu)化合系統(tǒng)優(yōu)化優(yōu)化目標(biāo)的確定優(yōu)化目標(biāo)的確定: 效率高、工況大、價(jià)格低效率高、工況大、價(jià)格低 多目標(biāo)系統(tǒng)優(yōu)化，一般無(wú)解多目標(biāo)系統(tǒng)優(yōu)化，一般無(wú)解多設(shè)計(jì)工況情況多設(shè)計(jì)工況情況：確定最優(yōu)模擬工況點(diǎn)：確定最優(yōu)模擬工況點(diǎn)多約束條件多約束條件：增加求優(yōu)難度、但保證了設(shè)計(jì)的可行性：增加求優(yōu)難度、但保證了設(shè)計(jì)的可行性3-1 多級(jí)離心壓縮機(jī)總體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法多級(jí)離心壓縮機(jī)總體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法多設(shè)計(jì)工況點(diǎn)：多設(shè)計(jì)工況點(diǎn)： 多目標(biāo)函數(shù)：多目標(biāo)函數(shù)：

52、多約束條件：多約束條件：由于介質(zhì)組份由于介質(zhì)組份 效率最高效率最高氣動(dòng)、強(qiáng)度氣動(dòng)、強(qiáng)度進(jìn)口溫度、壓力進(jìn)口溫度、壓力 工況范圍最大工況范圍最大轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)中冷器溫度變化等中冷器溫度變化等 造價(jià)最低造價(jià)最低等等等等模擬最優(yōu)工況點(diǎn)模擬最優(yōu)工況點(diǎn)折合效率折合效率 三多設(shè)計(jì)三多設(shè)計(jì)1)(),(),(),(),(),()(kRkCkPkQkTkPkYpoutinininDSjjGSijiujiZjiBjijiDDSjjGSDSKSkXdh, 2 , 1),(, 2 , 1,),(),(),(),(),(, 2 , 1),()(222狀態(tài)變量：第k個(gè)工況點(diǎn)的結(jié)構(gòu)變量：整機(jī)效率：整機(jī)壓頭：喘振裕度：

53、整機(jī)工況范圍: ),),()(1nRTQkXFkinin),),()(2nRTQkXFkPininoutdessQQQmin),),()(min3maxnkXFkQ),),()(4minnQkXFkQs主要 指標(biāo)基于模型級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)上的總體優(yōu)化模型基于模型級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)上的總體優(yōu)化模型 多工況優(yōu)化命題的建立，即是從多工況優(yōu)化命題的建立，即是從N個(gè)設(shè)計(jì)工況中尋找個(gè)設(shè)計(jì)工況中尋找達(dá)到目標(biāo)函數(shù)極大值的最優(yōu)模擬工況。達(dá)到目標(biāo)函數(shù)極大值的最優(yōu)模擬工況。 模擬工況點(diǎn) 的數(shù)學(xué)表達(dá)式： optYmax)()()()(11NkNkoptkTkTkYF滿足以下約束：一般約束：工況約束：0),(yxG0),(yxH多工況優(yōu)化

54、命題多工況優(yōu)化命題 最高效率，年經(jīng)濟(jì)收益、大工況范圍最高效率，年經(jīng)濟(jì)收益、大工況范圍 、低造價(jià)、低造價(jià) 。旨在考。旨在考慮尋找一個(gè)合理的優(yōu)化目標(biāo)與協(xié)調(diào)方式。慮尋找一個(gè)合理的優(yōu)化目標(biāo)與協(xié)調(diào)方式。 max)()()()(kTkTkBkQFoptmax)()()(kTkTkopt折合效率：折合效率：minmaxmaxmin)()(dh折合效率折合效率 目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)(泛函泛函)的討論的討論進(jìn)口流量滿足用戶要求進(jìn)口流量滿足用戶要求出口壓力滿足用戶要求出口壓力滿足用戶要求單缸中的級(jí)數(shù)在給定范圍內(nèi)單缸中的級(jí)數(shù)在給定范圍內(nèi)(保證臨界轉(zhuǎn)速保證臨界轉(zhuǎn)速)在一般葉片厚度下，圓周速度在給定范圍內(nèi)在一般葉片厚度下，

55、圓周速度在給定范圍內(nèi)各段中的最小級(jí)數(shù)不得小于給定值各段中的最小級(jí)數(shù)不得小于給定值同一段中模型級(jí)的直徑相等，單缸不冷卻時(shí)可以變化同一段中模型級(jí)的直徑相等，單缸不冷卻時(shí)可以變化前面一段中的葉輪直徑比后一段中的葉輪直徑大一檔或相等前面一段中的葉輪直徑比后一段中的葉輪直徑大一檔或相等相鄰兩段中的級(jí)數(shù)相等或只相差一級(jí)相鄰兩段中的級(jí)數(shù)相等或只相差一級(jí)各段的出口溫度必須在防爆防燃的安全范圍內(nèi)，整機(jī)出口溫度各段的出口溫度必須在防爆防燃的安全范圍內(nèi)，整機(jī)出口溫度必須滿足用戶要求必須滿足用戶要求各段直徑在要求范圍內(nèi)各段直徑在要求范圍內(nèi)各段出口角在要求范圍內(nèi)各段出口角在要求范圍內(nèi)各段相對(duì)寬度在要求范圍內(nèi)各段相對(duì)寬度

56、在要求范圍內(nèi)約束條件的建立約束條件的建立 1每一工況的安全工況范圍滿足用戶要求每一工況的安全工況范圍滿足用戶要求,Qmin(k)Qmin,pr(k)0Qmax,pr(k)Qmax(k)0 k=1,2, N工況約束條件：工況約束條件：約束條件的建立約束條件的建立 2多級(jí)離心壓縮機(jī)優(yōu)化求優(yōu)方法多級(jí)離心壓縮機(jī)優(yōu)化求優(yōu)方法選擇優(yōu)化具體算法選擇優(yōu)化具體算法 可求導(dǎo)(梯度法、共軛梯度法等) 直接求優(yōu)法(單純形法等)計(jì)算中應(yīng)注意計(jì)算中應(yīng)注意：優(yōu)化方向，優(yōu)化步長(zhǎng)，狀態(tài)方程的形態(tài)，初值靈敏度分析與多次選取。多目標(biāo)函數(shù)的協(xié)調(diào)優(yōu)化多目標(biāo)函數(shù)的協(xié)調(diào)優(yōu)化：我們?cè)谀Ｐ图?jí)的基礎(chǔ)上首次建立了混合系統(tǒng)（即系統(tǒng)中同時(shí)含有離散變量

57、與連續(xù)變量）的多目標(biāo)優(yōu)化的非線性規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型，并提出了工程實(shí)用的約束條件和解決此類問題的新方法混合搜索法及協(xié)調(diào)關(guān)系法。多設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的示意圖多設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的示意圖某富氣壓縮機(jī)改造實(shí)例某富氣壓縮機(jī)改造實(shí)例 通過改變轉(zhuǎn)速均能到達(dá)各工況點(diǎn)要求，并使每個(gè)工況點(diǎn)都有一定的喘振裕度。3-2. 現(xiàn)代最優(yōu)控制理論應(yīng)用于葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)現(xiàn)代最優(yōu)控制理論應(yīng)用于葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)最優(yōu)控制理論最優(yōu)控制理論: 由自動(dòng)控制由自動(dòng)控制 d/dt 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) d/dr優(yōu)化命題：優(yōu)化命題：代數(shù)方程描述的系統(tǒng)，用數(shù)學(xué)規(guī)劃理論解決代數(shù)方程描述的系統(tǒng)，用數(shù)學(xué)規(guī)劃理論解決微分方程描述的系統(tǒng)，用最優(yōu)控制理論解決微分方程描述的系統(tǒng)，用最優(yōu)控制理

58、論解決 常微分方程：集中參數(shù)最優(yōu)控制常微分方程：集中參數(shù)最優(yōu)控制 偏微分方程；分布參數(shù)最優(yōu)控制偏微分方程；分布參數(shù)最優(yōu)控制必須將由必須將由N-S方程控制的流動(dòng)過程結(jié)合葉輪機(jī)械的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)方程控制的流動(dòng)過程結(jié)合葉輪機(jī)械的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為由常微分方程描述的流動(dòng)系統(tǒng)，用集中參數(shù)最優(yōu)控制理化為由常微分方程描述的流動(dòng)系統(tǒng)，用集中參數(shù)最優(yōu)控制理論解決壓縮機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)命題。論解決壓縮機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)命題。設(shè)計(jì)方法內(nèi)容設(shè)計(jì)方法內(nèi)容軸流式與混流式葉片的擴(kuò)壓因子最優(yōu)流型設(shè)計(jì)軸流式與混流式葉片的擴(kuò)壓因子最優(yōu)流型設(shè)計(jì)方法方法 擴(kuò)壓通道表面最優(yōu)速度分布研究擴(kuò)壓通道表面最優(yōu)速度分布研究離心三元葉輪與二元窄葉輪的子午流道與葉片離心三

59、元葉輪與二元窄葉輪的子午流道與葉片形線優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法形線優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法數(shù)學(xué)模型引入等環(huán)面積曲線坐標(biāo) 的各截面的計(jì)算方程： 01212122222RtgfCrCrCrCrsAgTriAgmjmumm流量方程： rrdCCgKGthjjmjr rr r0023-2-1 軸流式與混流式葉片軸流式與混流式葉片 的擴(kuò)壓因子流型設(shè)計(jì)方法的擴(kuò)壓因子流型設(shè)計(jì)方法 首先將該方程中所有非獨(dú)立的未知量都化為r 的函數(shù)，經(jīng)整理后得到一個(gè)未知變量的一階非線性常微分方程：Cu20222212242232222222122222rSAgrrTarCarCarrCarrCrCRuuuuu根據(jù)流型的分布，采用隱式求解

60、，求解上式 擴(kuò)壓因子流型建模擴(kuò)壓因子流型建模 尋找最優(yōu)擴(kuò)壓因子流型分布，在滿足各約束尋找最優(yōu)擴(kuò)壓因子流型分布，在滿足各約束(控制變量控制變量與狀態(tài)變量、等式與不等式與狀態(tài)變量、等式與不等式)與初、終值條件下，使目標(biāo)泛與初、終值條件下，使目標(biāo)泛函（可為效率或總壓比或功量）達(dá)到最大值。函（可為效率或總壓比或功量）達(dá)到最大值。 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 “擴(kuò)充代價(jià)函數(shù)法擴(kuò)充代價(jià)函數(shù)法”“”“連續(xù)變換術(shù)連續(xù)變換術(shù)” 將不等式狀態(tài)約束轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問題將不等式狀態(tài)約束轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問題擴(kuò)壓因子最優(yōu)流型擴(kuò)壓因子最優(yōu)流型 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 優(yōu)化命題的數(shù)學(xué)表述： uddrxxxgrCxddruxxxgddruxxxgdd