隨著計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，三維粘性流場計(jì)算獲得了非常大的進(jìn)步，據(jù)此，有一些研究者提出了近似模型方法。該方法是 針對在工程中完全采用隨機(jī)類優(yōu)化方法尋優(yōu)時(shí)計(jì)算量過大的問題， 應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法， 提出的一種 計(jì)算量小、在一定程度上可以保證設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性的方法。在近似模型方法應(yīng)用于葉輪機(jī)械氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面 , 國內(nèi)外研究者們已經(jīng)做了相當(dāng)一部分工作 [12-14] , 其中以響應(yīng)面和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用居多。如何有效地將近似模型方法應(yīng)用于多學(xué)科、多工況的優(yōu)化問題 , 并用較少的設(shè)計(jì)參數(shù)覆蓋更大的實(shí)際設(shè)計(jì)空間 , 是一個(gè)重要的課題。

理論和試驗(yàn)都表明，離心葉輪的射流尾跡結(jié)構(gòu)隨著流量減小更加強(qiáng)烈，而且小流量時(shí)，尾跡處于吸力面，設(shè)計(jì)流量時(shí)，尾跡處于吸力面和輪蓋交界處。為了提高設(shè)計(jì)和小流量離心通風(fēng)機(jī)效率， 2008 年，田華等人提出了葉片開縫技術(shù) [22] ，該技術(shù)提出在 葉輪輪蓋與葉片之間 葉片尾部處開縫， 引用葉片壓力面?zhèn)鹊母邏簹怏w吹除吸力面?zhèn)鹊牡退傥槽E區(qū)， 直接給葉輪內(nèi)的低速流體提供能量。最終得到 在設(shè)計(jì)流量和小流量情況下，葉輪開縫后葉片表面分離區(qū)域減小，整個(gè)流道速度和葉輪內(nèi)部相對速度分布更加均勻，且最大絕對速度明顯減小的結(jié)果。這種方法改善了葉輪內(nèi)部流場的流動(dòng)狀況，達(dá)到了提高離心葉輪性能和整機(jī)性能的效果，而且所形成的射流可以吹除葉片吸力面的積灰，有利于葉輪在氣固兩相流中工作。

 李景銀等人提出在 離心風(fēng)機(jī)輪蓋上靠近葉片吸力面處開孔的方法 [23] ，利用蝸殼內(nèi)的高壓氣體產(chǎn)生射流，從而直接給葉輪內(nèi)的低速或分離流體提供能量，以減弱由葉輪內(nèi)二次流所導(dǎo)致的射流 - 尾跡結(jié)構(gòu)，并可用于消除或解決部分負(fù)荷時(shí) , 常發(fā)生的離心葉輪的積灰問題。通過對離心風(fēng)機(jī)整機(jī)的數(shù)值試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn) 輪蓋開孔后，在設(shè)計(jì)點(diǎn)附近的風(fēng)機(jī)壓力提高了約 2 ％，效率提高了 1 ％以上，小流量時(shí)壓力提高了 1.5 ％，效率提高了 2.1 ％。在設(shè)計(jì)流量和小流量時(shí)，由于輪蓋開孔形成的射流，可以明顯改善葉輪出口的分離流動(dòng)，減小低速區(qū)域，降低葉輪出口處的最高速度和速度梯度，從而減弱了離心葉輪出口處的射流—尾跡結(jié)構(gòu)。此外，沿葉片表面流動(dòng)分離區(qū)域減小，壓力增加更有規(guī)律。輪蓋開孔方法可以提高設(shè)計(jì)流量和小流量下的閉式離心葉輪性能和整機(jī)性能，如果結(jié)合離心葉輪串列葉柵自適應(yīng)邊界層控制技術(shù)，有可能全面提高離心葉輪性能。

氣體由集流器進(jìn)入風(fēng)道，經(jīng)過導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)子和靜葉最后從出口排出。試驗(yàn)裝置參數(shù)：導(dǎo)葉為 40 片，動(dòng)葉為19片，靜葉為13片；機(jī)殼內(nèi)徑為450mm ，輪轂比為0.75，葉高為56.25mm ，轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙為3.6mm ，導(dǎo)葉與動(dòng)葉距離可調(diào)（試驗(yàn)時(shí)距離為13mm）。為了保證光路順利進(jìn)入所測區(qū)域，把動(dòng)葉周圍外側(cè)加工成為有機(jī)玻璃材質(zhì)。由于激光片光源有一定的焦距，為了保證激光光路在所要求的距離范圍內(nèi)，在風(fēng)道進(jìn)口和導(dǎo)葉之間合適的位置開一小孔，內(nèi)側(cè)安裝一光學(xué)反光鏡，用反光鏡反射的激光進(jìn)入動(dòng)葉葉道內(nèi)部，就保證了測試區(qū)域在激光片光源焦距上。在測量過程中，葉片表面對激光的反光作用很強(qiáng)，反射的激光不僅使靠近葉片區(qū)域無法測量，強(qiáng)烈的激光也會(huì)對CCD造成損害，所以要避免強(qiáng)烈的激光反射，這就需要對葉片表面進(jìn)行處理。先在葉片表面用噴霧器噴上一層薄薄的黑漆，然后再撒一層碳粉，最后用棉布打磨平整，不僅遏制了強(qiáng)烈的激光反射，而且也沒有改變?nèi)~片的形狀，對流場不會(huì)造成影響。用鎖相技術(shù)對動(dòng)葉不同位置進(jìn)行鎖相，測量了動(dòng)/ 靜葉3個(gè)不同相對位置上的流場。把導(dǎo)葉一個(gè)葉道平均分成3個(gè)位置，對每個(gè)位置進(jìn)行鎖相，具體操作時(shí)先把動(dòng)葉掃過每個(gè)位置時(shí)所用的時(shí)間確定好，通過調(diào)節(jié)編碼器脈沖延遲時(shí)間加以改變鎖相位置。具體鎖相位置如圖2所示。受結(jié)構(gòu)的限制，測量區(qū)域只能測量葉道內(nèi)吸力面附近的區(qū)域，壓力面流動(dòng)無法進(jìn)行測量，如圖3 所示，矩形區(qū)域代表激光進(jìn)入葉道前情形，近似梯形為測量區(qū)域。用 PIV 測量時(shí)，示蹤粒子的選取與播撒也是一個(gè)較為重要的環(huán)節(jié)，選取祭祀用的香作為示蹤粒子，粒子直徑較小，跟隨性好；但是煙霧容易在壁面上凝結(jié)，做一個(gè)工況要停機(jī)擦拭一次，以保證激光順利通過。