中文摘要：

小流量系数离心压缩机基本级（流量系数φ< 0.01～0.02时），轮阻损失约占其轴功率的30％～40％，使得压缩机的多变效率低于60％。在离心泵中，当比转速低于20～30时，轮阻损失约占轴功率的50％。由此可见，离心叶轮的轮阻损失是造成离心式流体机械效率低的重要因素。虽然目前国内外研究者对平板和管道的减阻研究很多，但是对于旋转物体的减阻机理和结构的研究却很少。本项目应用理论、实验和数值相结合的研究方法，对具有不同的旋转速度、各类力、压力梯度、驱动流动、过流流量方向和大小条件下的离心叶轮轮阻损失产生机理、变化机制和影响因素进行深入研究。对具有的螺旋流向微槽减阻结构的旋转圆盘，所形成的流向涡、马蹄涡和湍流量对旋转壁面湍流边界层结构和摩擦阻力的变化规律影响进行详细研究，探索和提出不同螺螺旋流向微槽减阻结构的型线、微槽截面的几何结构和型线稠度对轮阻损失影响机理和关联准则，建立离心压缩机性能关联关系

结论摘要：

离心压缩机小流量系数基本级中，叶轮的轮阻损失是影响小流量系数基本级效率的主要因素之一。本课题针对对小流量系数基本级的各部件的详细流动机理研究和减阻技术的应用，进行了系统的实验和数值研究。本课题主要在以下方面开展研究 一、系统地研究小流量系数基本级内部的流动损失机理和机器马赫数对离心压缩机基本级性能的影响。研究结果表明边界层堵塞效应在小流量系数基本级的损失机理中起到关键作用；小流量系数基本级在机器马赫数比较小时随机器马赫数的增加级性能显著提高，达到一定的机器马赫数后基本级性能又随着机器马赫数增加而下降。同时无叶扩压器和回流器的性能几乎不受马赫数变化的影响，静止部件的性能主要由各个部件的进口气流角和相对宽度所决定。二、以流量系数φ1=0.01028基本级为研究对象，对叶轮和叶片扩压器的非定常气体流动特性进行研究，详细分析了叶片扩压器进口和叶轮出口的径向间隙比Rgr对流道内气体非定常特性的影响。研究结果表明过小的径向间隙比Rgr使得采用混合平面的定常计算效率较非定常计算效率结果明显偏低；径向间隙比Rgr的减小对叶轮叶片表面的静压系数时均值几乎没有影响，却导致了叶轮叶片表面的静压系数波动幅值明显增加。过小的径向间隙比Rgr还导致叶片扩压器的时均载荷和载荷波动幅值也出现明显的增加。三、应用9种湍流模型去预测转静盘系统流动问题，对各湍流模型计算精度进行比较，与实验结果对比得出标准k-ω模型和RSM模型在研究转静盘系统问题中能获得较好的计算精度，RSM模型能够准确地预测了转静盘系统的流动。四、对离心叶轮盘/盖外侧空腔及密封结构气体流动进行数值研究。研究结果表明轮盖侧的泄漏量远大于轮盘侧泄漏量；得出计算泄漏量经验公式中采用的空腔F2因子范围为0.74～0.76；提出了考虑预旋的计算旋转圆盘扭矩系数的经验公式，并在不同机器马赫数下验证其可靠性与准确性。五、建立了开式旋转圆盘系统减阻实验平台，并结合数值计算手段对微槽减阻的机理进行研究。研究结果表明圆盘开槽面积7.4%时螺线微槽使得旋转圆盘的最大减阻率为6.1%，V型微槽两侧的压力产生了正扭矩是其主要的减阻原因。微槽还能起到提高内径与外径处的静压差的效果。六、应用多学科优化设计（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）方法对轴流风机叶片的磨损机理和叶片耐