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一．流体机械设计水平及科研状况1.1 设计水平及科研动向透平压缩机械研究的最终目标是致力于改善机器性能和提高装置可靠性。
这些研究包括理论研究，实用技术，测试手段等方面的课题，它们大多数来自工程设计和应用研究，其成果又不断推动着本行业的发展。
随着计算机的进步，上述研究在深度和广度上都发生了很大变化。
1.1.1 现代设计方法概况透平压缩机械内部流动分析已进入了三元N－S方程的数值模拟时代。
不管是离心式还是轴流式，都有人提出了相应的实际流动模型，离心式叶轮中的尾迹，射流模型以及低能流体的集积过程；高负荷轴流压缩机轮毂处三元分离的形式和结构，动叶顶端间隙流动特性等。
但对于包括损失、阻塞、喘振在内的压缩机总性能预测等有关问题，数值模拟还不够充分。
对于设计问题，完全的数值模拟方法不仅耗时太多，而且大量的自由度使得难于工程应用。
相反，在已积累有丰富经验数据的情况下，比较简单的一元方法还有相当的精度。
因此，许多设计问题，仍用一元、二元、准三元的方法是必要和可取的。
目前国外较普遍而又行之有效的方法是将低元和高元结合使用，即设计初始阶段用一元流动理论，详细计算时用准三元或全三元理论的方法。
图1－1轴头平机械流动解析以轴流透平机械为例，图1－1示出了各种流动解析的关系。
双实线内的解析法是纯理论解法，实线箭头表示解析法发展路线。
为了修正纯理论解法的不足，还辅助应用单实线内的方法。
纯理论解法和辅助方法必须与实验方法或资料（双实线箭头表示）结合起来，现在，准三元解析虽然还留下若干问题，但基本上达到了实用的程度，利用准三元理论成功地设计透平压缩机械的例子很多。
作为基础研究，完全的三元数值模拟是很有意义的。
然而，在通风机、压缩机整体设计中选取主要参数时，若有许多性能试验结果的积累，一元的方法也是足够的。
将子午面流动和叶栅间流动简单地结合起来的二元解析，对设计点附近的内部流动的预测也有一定的精度。
对于低元解析法，改善辅助手段能提高预测性能的精度。
0引言我国标准动车组一直在向更高速、更稳定、全部自主知识产权的方向发展[1]。
在一系列技术革新中，列车冷却系统的技术创新，显得尤为重要。
目前，高速动车组列车中大功率的牵引变压器在工作过程中会产生大量的余热，当工作环境温度超过电器元件所能承受的范围时，将影响牵引变压器的正常运行，引发着火等危险状况，因此，需要使用风机将热量进行转移[2-5]。
为满足高铁冷却风机的高效率、低振动、高稳定性的要求，就对风机的研制提出了更高的要求。
叶轮作为风机重要的过流部件[6]，对风机的性能有至关重要的影响作用。
对于风机叶轮的优化设计，也是当前研究喆的热点话题。
易鑫等人[7]对两种不同型号原型的风机叶进行了优化和数值模拟，结果显示：在满足设计压力的条件下，优化后叶轮的全工况叶轮的传动效率明显提高。
王培[8]采用理论计算以及有限元两种计算方法，对离心式通风机叶轮强度进行校准复核，并采用有限元法对风机叶轮进行模态分析，提高了产品的可靠性。
冯美军等人[9]以对叶轮端面齿所采集的数据为主要的研究对象，以UG NX6.0等软件为工具对叶轮端面齿进行数据处理，为叶轮的逆向设计提供了支撑依据。
三元流理论最早是由吴仲华教授所创立，他将复杂的三维流场简化为按不同规律形成的无数条流线和对应流面组成，创造性的将流场、流面和流线三者有机的联系在一起。
当前，三元流理论技术在循环水泵节能方面的研究最多，取得的效果也比较显著[10-12]。
综上所述，采用三元流理论[13，14]进行设计，通过先进的CFD [15，16]技术对旋转机械内部的流动进行数值模拟和性能预测，采用数值模拟方法对叶轮机械内部流动的细节进行分析，从而大幅度增效降本。
本研究以三元流理论为依据，采用三维流场对该叶轮进行数值模拟及全工况计算，有效提高了叶轮效率、稳定性。
1三元流叶轮设计叶轮是风机的核心部件。
叶轮旋转时对气体做功，使气体获得能量。
叶轮主要由前盘、后盘、叶片和轮毂构成。
二元流与三元流设计思路主要区别在于叶片[17]。
拟流函数法——叶轮机械内三维流动分析问题和设计问题的一种求解方法
虚拟流函数法是用来求解叶轮机械内三维流动分析问题和设计问题的一种求解方法，它把叶轮机械内复杂的三维流动压力场和温度场转化为一组简单的二维虚拟流函数，从而使得叶轮机械内部三维流动分析和设计问题得以简化和解决。
虚拟流函数法基于叶轮机械内部流动压力场和温度场的流动特性，将叶轮机械内部复杂的三维流动转化为一组二维虚拟流函数，这些虚拟流函数之间有一定的关系。
虚拟流函数的计算方法主要有两种：一种是采用有限元法进行计算，另一种是采用有限差分法进行计算。
采用有限元法计算虚拟流函数的基本原理是将叶轮机械内部复杂的三维流动压力场和温度场转化为一组有限元方程，通过求解有限元方程组，获得虚拟流函数。
有限元法计算虚拟流函数的优点是能够准确地表示叶轮机械内部复杂的三维流动压力场和温度场，但计算量大，计算时间长，不易获得精确的解析解。
有限差分法计算虚拟流函数的基本原理是将叶轮机械内部复杂的三维流动压力场和温度场分割成若干个控制面，在每个控制面上应用积分方程求解虚拟流函数。
有限差分法计算虚拟流函数的优点是计算量小，计算时间短，易于获得精确的解析解，但计算误差较大。
虚拟流函数法能够有效地解决叶轮机械内部三维流动分析和设计问题，是流动分析和设计的有效工具。
但是，虚拟流函数的计算仍然是一项费时费力的工作，因此，在计算虚拟流函数时应当尽可能采用简便的方法，使得计算的效率更高，计算的精度更高，以达到更好的流动分析和设计效果。
