Page 53 - 《真空与低温》2026年第2期

172 真空与低温 第 32 卷 第 2 期

拟使用了氦在目标工况下的基于 Peng-Robinson 状 机叶轮的核心性能参数如表 4 所列。仿真结果显
态方程 [12] 构建的真实物性参数库，以保证仿真结 示，等熵效率达到 77.16%，多变效率为 81.44%，实
果的物理真实性。 现了良好的能量转换效率。

表 4 设计工况下仿真结果
Tab. 4 Simulation results under design conditions
性能参数 参数值
叶片
功率/W 118.5
多变效率/% 81.44
等熵效率/% 77.16
周期性交界面 进口总温/K 5.9
进口总压/Pa 7.08
出口静温/Pa 8.00
图 3 单流道网格划分
出口静压/Pa 11.00
Fig. 3 Single-channel mesh generation

叶片负载分布是衡量叶轮内部流动品质与做
2 仿真结果分析
功均匀性的关键指标。图 4（a）展示了叶片在 10%、
2.1 设计工况下的性能分析 50% 和 80% 叶高位置的压力分布情况。可以看出，
为评估叶轮设计的有效性，首先在预设的设计 在目标工况下，叶片流道内持续、平稳地对气体做
工况下进行了稳态数值模拟。在入口静压 4.7 Pa、 功。曲线整体过渡平滑，这意味着在目标工况下气
静温 5 K，出口平均静压 11 Pa 的边界条件下，模型 流在叶轮内部没有发生明显的流动分离或冲击现
的质量流量达到了 3.6 g/s 的设计目标。此时，压缩 象，验证了叶片设计的合理性。

p/Pa
11
12
10
9
10
8
压力/Pa 8 7 6
6 5
4
20%
50%
80%
2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
流道位置（0−1）
（a）叶片不同叶高位置的压力分布 （b）叶轮午面上的静压分布
静熵/(J/kg·K)
涡核区域1
5.000×10 4

4.750×10 4

4.500×10 4

4.250×10 4

4.000×10 4

（c）叶轮出口截面静熵分布 （d）叶轮内部涡核区域分布
图 4 额定工况下叶轮性能图
Fig. 4 Impeller performance diagram under rated operating conditions