高轉(zhuǎn)速小流量離心葉輪流場(chǎng)對(duì)背壓脈動(dòng)的響應(yīng)分析

肖 軍，劉曉明，李奉譽(yù)

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司 高端壓縮機(jī)及系統(tǒng)技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230031）

0 引言

高轉(zhuǎn)速小流量離心壓縮機(jī)在航空航天、車用渦輪增壓器和燃料電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。相對(duì)于一般轉(zhuǎn)速和低速離心壓縮機(jī)，高轉(zhuǎn)速小流量離心壓縮機(jī)的性能曲線十分陡峭，實(shí)際運(yùn)行中非穩(wěn)的邊界條件更易使壓縮機(jī)流動(dòng)大尺度劇烈變化，流場(chǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)呈現(xiàn)高度復(fù)雜的非定常特性。

關(guān)于高轉(zhuǎn)速離心壓縮機(jī)流場(chǎng)對(duì)邊界條件變化的瞬態(tài)響應(yīng)問(wèn)題，目前的研究開展較少，而厘清高速離心壓縮機(jī)流場(chǎng)響應(yīng)的特性和機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)系統(tǒng)智能高效調(diào)控及長(zhǎng)周期可靠運(yùn)行的前提。早期的研究主要以軸流壓縮機(jī)為對(duì)象，WENZEL［1］在某渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中反向噴入射流對(duì)進(jìn)氣壓力進(jìn)行脈沖降壓，結(jié)果表明壓縮機(jī)失速所需脈動(dòng)幅度與脈沖持續(xù)時(shí)間呈反比。吳虎等［2］對(duì)某四級(jí)跨音壓縮機(jī)和八級(jí)跨音壓縮機(jī)進(jìn)氣突變的計(jì)算研究表明，進(jìn)氣壓力突增可延遲失穩(wěn)，壓力突降則增大失穩(wěn)可能。王小峰等［3］對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的研究亦表明進(jìn)氣壓力突降時(shí)，穩(wěn)定工作邊界下移，喘振可能性增大。近年來(lái)，已有學(xué)者開展了離心壓縮機(jī)流場(chǎng)在非穩(wěn)邊界條件下的流場(chǎng)響應(yīng)研究，如ZEMP 等［4］對(duì)某離心壓縮機(jī)進(jìn)口施加實(shí)測(cè)的畸變分布邊界條件，計(jì)算了進(jìn)氣畸變通過(guò)壓縮機(jī)全場(chǎng)的非定常過(guò)程。肖軍等［5-6］開展了某徑向葉輪流場(chǎng)對(duì)進(jìn)口壓力脈沖的響應(yīng)特性研究，還開展了某離心葉輪在機(jī)匣小孔噴射條件下的流場(chǎng)研究。以高轉(zhuǎn)速小流量離心壓縮機(jī)為對(duì)象的研究主要針對(duì)車用渦輪增壓器壓縮機(jī)在出口背壓脈動(dòng)下的響應(yīng)特性展開［7-10］。MARELLI等［7-8］研究表明，背壓脈動(dòng)條件下渦輪增壓器離心壓縮機(jī)的瞬態(tài)工作點(diǎn)偏離并包裹了定常工況性能曲線，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)性能遲滯回線的尺寸隨著脈動(dòng)頻率的增加和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而增大，背壓脈動(dòng)條件下壓縮機(jī)的喘振裕度得到改善。GALINDO 等［9］的研究表明，背壓脈動(dòng)條件下離心壓縮機(jī)的喘振流量降低了約15%。BARRERAMEDRANO 等［10］對(duì)1 臺(tái)渦輪增壓器壓縮機(jī)的試驗(yàn)也表明，當(dāng)壓縮機(jī)在背壓脈動(dòng)條件下運(yùn)行時(shí)，喘振邊界被推至更小流量區(qū)間。SHU 等［11］通過(guò)某高速小流量離心壓縮機(jī)的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)背壓脈動(dòng)對(duì)喘振頻率影響很小，但在一定程度上削弱了喘振強(qiáng)度。然而上述研究均采用試驗(yàn)手段，側(cè)重于對(duì)離心壓縮機(jī)外特性的測(cè)試分析，目前較少有通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)手段開展背壓脈動(dòng)下流場(chǎng)響應(yīng)機(jī)理的研究。

本文在相對(duì)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下采用AUSM+-up 迎風(fēng)格式離散對(duì)流項(xiàng)，自行編制了離心葉輪流場(chǎng)的數(shù)值分析程序。針對(duì)某燃料電池壓縮機(jī)的葉輪流場(chǎng)進(jìn)行了背壓脈動(dòng)下的非定常響應(yīng)計(jì)算，響應(yīng)曲線與商業(yè)分析軟件的結(jié)果符合較好，驗(yàn)證了程序算法的正確性，之后對(duì)該離心壓縮機(jī)葉輪展開不同背壓脈動(dòng)條件下的流場(chǎng)響應(yīng)特性分析。結(jié)果表明：流量和氣動(dòng)力矩的波動(dòng)隨背壓脈動(dòng)幅度的增加而顯著增大，不同脈動(dòng)幅度情況下流量和氣動(dòng)力矩的相對(duì)脈動(dòng)幅度均超過(guò)背壓；流場(chǎng)參數(shù)的波動(dòng)隨脈動(dòng)頻率的增加而顯著增大，3 倍頻背壓脈動(dòng)情況下，背壓脈動(dòng)導(dǎo)致流場(chǎng)參數(shù)大幅劇烈變化，且流場(chǎng)參數(shù)變化的同步性隨脈動(dòng)頻率的增加而降低；不同背壓脈動(dòng)幅度下流場(chǎng)參數(shù)的極限環(huán)呈現(xiàn)同一形態(tài)，不同背壓脈動(dòng)頻率下極限環(huán)的形態(tài)呈顯著差異；基頻脈動(dòng)條件下不同時(shí)刻的葉表壓力分布變化較小，3 倍頻脈動(dòng)情況下不同時(shí)刻的壓力分布呈顯著差異，且加載特性發(fā)生變化。

1 數(shù)值方法

1.1 氣動(dòng)控制方程

任意曲線坐標(biāo)系（ξ，η，ζ）下的雷諾時(shí)均方程可寫為如下形式：

1.2 無(wú)黏項(xiàng)離散方法

AUSM+-up［12-13］格式由AUSM+［14-15］格式發(fā)展而來(lái)，通過(guò)在對(duì)流項(xiàng)和壓力項(xiàng)中分別引入壓力和速度耗散項(xiàng)，并應(yīng)用漸進(jìn)分析理論定義耗散項(xiàng)中的尺度因子，顯著改善了低速流動(dòng)求解的數(shù)值穩(wěn)定性，并具有計(jì)算量小、音速點(diǎn)流動(dòng)光滑過(guò)渡、精確捕捉接觸間斷和激波間斷的特點(diǎn)，適于模擬存在激波的高速葉輪流場(chǎng)。

在文獻(xiàn)［13］的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出相對(duì)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中無(wú)黏項(xiàng)的公式。在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格上，以指標(biāo)i，j，k 標(biāo)記網(wǎng)格中心，i+1/2，j，k 網(wǎng)格面的對(duì)流通量為：

式中，Ai+1/2，j，k為網(wǎng)格面面積；下標(biāo)L，R 分別為在網(wǎng)格面左、右側(cè)重構(gòu)變量值；a 為數(shù)值音速；其他各量定義為：

式中，nx，ny，nz為網(wǎng)格面單位法向量。

網(wǎng)格面馬赫數(shù)定義為：

參數(shù)β的建議值為1/8，關(guān)于α的建議算式、壓力耗散項(xiàng)Mp和速度耗散項(xiàng)pu的定義式見(jiàn)文獻(xiàn)［13］。湍流輸運(yùn)方程對(duì)流項(xiàng)離散格式見(jiàn)文獻(xiàn)［16］。

1.3 時(shí)間離散方法

應(yīng)用雙時(shí)間步法［17］進(jìn)行非定常流場(chǎng)的計(jì)算，引入物理時(shí)間步和虛擬時(shí)間步，將非定常流場(chǎng)各個(gè)物理時(shí)間步的計(jì)算轉(zhuǎn)化為定常流場(chǎng)的求解，定常流場(chǎng)的計(jì)算采用虛時(shí)間步推進(jìn)，該計(jì)算過(guò)程可表示為：

式中，τ，t 分別為虛時(shí)間和物理時(shí)間；上標(biāo)m，n 分別為虛時(shí)間和物理時(shí)間的推進(jìn)步數(shù)；R 為殘差。

在虛時(shí)間步的迭代收斂后進(jìn)行下一物理時(shí)間步的計(jì)算。虛時(shí)間步上使用LU-SGS 隱格式［18］進(jìn)行時(shí)間推進(jìn)。

1.4 邊界條件及加速算法

進(jìn)口邊界設(shè)定總壓、總溫及湍流度，邊界內(nèi)側(cè)格點(diǎn)的軸向速度外插，出口設(shè)定平均背壓，物面采用無(wú)滑移邊界條件且法向壓力梯度為零。

使用多重網(wǎng)格方法加速流場(chǎng)計(jì)算，湍流輸運(yùn)方程僅在最細(xì)層網(wǎng)格求解［19］。由于采用單線程計(jì)算進(jìn)行非定常流場(chǎng)求解的時(shí)間成本過(guò)高，而多核多線程并行計(jì)算是加速流場(chǎng)計(jì)算的最有效途徑，因此本文程序采用基于共享內(nèi)存的OpenMP并行編譯技術(shù)［20］，僅在源代碼中添加并行編譯偽指令即可將程序執(zhí)行并行化，最大限度地降低流場(chǎng)模擬的計(jì)算時(shí)間。

2 算法驗(yàn)證

車用燃料電池離心壓縮機(jī)具有超高轉(zhuǎn)速和小流量的特點(diǎn)，已有研究主要關(guān)注其優(yōu)化問(wèn)題［21-24］。驗(yàn)證算例為某燃料電池壓縮機(jī)的流場(chǎng)，壓縮機(jī)葉輪有8 個(gè)主葉片和8 個(gè)分流葉片，其CAD 模型如圖1（a）所示，幾何及氣動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

流場(chǎng)計(jì)算域包括進(jìn)口延長(zhǎng)段、葉輪通道、無(wú)葉擴(kuò)壓器段，劃分的多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格如圖1（b）所示，網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)為1 245 262。使用獨(dú)立編制的數(shù)值計(jì)算程序展開了離心葉輪的流場(chǎng)數(shù)值模擬，無(wú)黏項(xiàng)離散采用AUSM+-up 格式，黏性項(xiàng)離散使用中心格式，采用S-A 湍流模型。首先進(jìn)行了葉輪定常流場(chǎng)的計(jì)算，設(shè)置進(jìn)口總壓為101.3 kPa、總溫為293.15 K，出口背壓pb=168.4 kPa，在該背壓下的工況流量為設(shè)計(jì)流量。

考慮對(duì)葉輪下游施加背壓脈動(dòng)的非定常邊界條件，脈動(dòng)幅度為5%pb，脈動(dòng)頻率等于葉輪轉(zhuǎn)頻，大小為1 500 Hz，上游進(jìn)口總溫、總壓保持不變，以定常流場(chǎng)為初場(chǎng)，計(jì)算了葉輪在背壓脈動(dòng)條件下的響應(yīng)流場(chǎng)。為考察流場(chǎng)結(jié)果對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)的敏感性，對(duì)每個(gè)脈動(dòng)周期分別設(shè)置32，64 個(gè)物理時(shí)間步的情況展開了計(jì)算。

FLUENT 軟件與本文程序均采用迎風(fēng)格式離散對(duì)流項(xiàng)，且兩者均采用S-A 湍流模型。葉輪流場(chǎng)對(duì)背壓脈動(dòng)的進(jìn)口質(zhì)量流量和氣動(dòng)力矩響應(yīng)分別如圖2（a）（b）所示，橫坐標(biāo)nT為背壓脈動(dòng)周期數(shù)?？梢?jiàn)隨周期數(shù)的增加，不同時(shí)間步長(zhǎng)情況下的曲線漸趨于一致，表明一周期32 個(gè)時(shí)間步已足夠獲得可靠的結(jié)果。利用程序和商業(yè)軟件計(jì)算得到的流量和氣動(dòng)力矩時(shí)域曲線符合較好，曲線變化的時(shí)域歷程幾乎一致，波峰和波谷時(shí)刻準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，比較結(jié)果驗(yàn)證了程序的正確性。該算例顯示，在相同的網(wǎng)格和計(jì)算參數(shù)設(shè)置下，本文程序計(jì)算相同時(shí)間步數(shù)所需的CPU 時(shí)間比FLUENT 軟件降低約30%，可見(jiàn)編制程序求解帶來(lái)計(jì)算成本的顯著收益。本文程序采用8 線程計(jì)算時(shí)的速度最高，因算法原因?qū)е虏糠诌^(guò)程無(wú)法并行，且程序并行會(huì)帶來(lái)線程通信等額外開銷，通過(guò)繼續(xù)提高并行線程數(shù)加快計(jì)算已不再顯著。

3 葉輪流場(chǎng)對(duì)背壓脈動(dòng)的響應(yīng)分析

車用燃料電池離心壓縮機(jī)頻繁經(jīng)歷著工況和邊界條件的變化，動(dòng)態(tài)變化的負(fù)載導(dǎo)致離心壓縮機(jī)內(nèi)流場(chǎng)呈現(xiàn)復(fù)雜的響應(yīng)特征。針對(duì)壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)下游壓力可能發(fā)生的脈動(dòng)變化，以上述燃料電池離心壓縮機(jī)為對(duì)象，對(duì)出口背壓施加一定幅度的周期波動(dòng)，使用數(shù)值分析展開葉輪流場(chǎng)對(duì)背壓波動(dòng)的響應(yīng)研究。使用與上一節(jié)相同的計(jì)算網(wǎng)格、進(jìn)氣參數(shù)和平均背壓，計(jì)算了背壓脈動(dòng)頻率等于葉輪轉(zhuǎn)頻情況下的響應(yīng)流場(chǎng)。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)背壓脈動(dòng)幅度達(dá)5%以上時(shí)，過(guò)高的背壓峰值會(huì)使計(jì)算發(fā)散，出現(xiàn)數(shù)值失速現(xiàn)象。當(dāng)背壓脈動(dòng)幅度低于2%時(shí)，流量和氣動(dòng)力矩的變化幅度與背壓的相近。為此選取脈動(dòng)幅度為2%pb，3.5%pb和5%pb情況下離心葉輪的非定常響應(yīng)流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。流量和氣動(dòng)力矩的變化分別如圖3，4 所示，橫軸為非定常計(jì)算起始后的背壓脈動(dòng)周期數(shù)。

圖3 不同背壓脈動(dòng)幅度下葉輪進(jìn)、出口流量的時(shí)域變化Fig.3 Temporal variations of impeller inlet and outlet mass flow under different back pressure pulsation amplitudes

圖4 不同背壓脈動(dòng)幅度下氣動(dòng)力矩的時(shí)域變化Fig.4 Temporal variations of aerodynamic torque under different back pressure pulsation amplitudes

由圖中可見(jiàn)，葉輪進(jìn)出口流量及氣動(dòng)力矩的波動(dòng)隨背壓脈動(dòng)幅度的增加而顯著增大，不同脈動(dòng)幅度情況下流量和氣動(dòng)力矩的變化基本同步，3個(gè)脈動(dòng)周期后各流場(chǎng)參數(shù)呈現(xiàn)完全周期性變化。流量和氣動(dòng)力矩的相對(duì)脈動(dòng)幅度均超過(guò)背壓，以5%背壓脈動(dòng)情況為例，出口流量相對(duì)平均流量的脈動(dòng)幅度超過(guò)10%，氣動(dòng)力矩的脈動(dòng)幅度超過(guò)7%，平均背壓工況點(diǎn)為壓縮機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果表明該工況點(diǎn)處背壓脈動(dòng)引起了流場(chǎng)強(qiáng)烈的非定常變化。

考慮到背壓脈動(dòng)通常因葉輪流場(chǎng)受上、下游的周向不均勻性所誘發(fā)，激發(fā)頻率為葉輪轉(zhuǎn)頻及其倍頻。為此，針對(duì)脈動(dòng)幅度為3.5%平均背壓情況，分別計(jì)算了脈動(dòng)頻率f 為轉(zhuǎn)子基頻、2 倍頻和3 倍頻時(shí)葉輪的非定常響應(yīng)流場(chǎng)。不同背壓脈動(dòng)頻率下流量和氣動(dòng)力矩的變化如圖5，6 所示，可見(jiàn)流量和氣動(dòng)力矩的波動(dòng)隨脈動(dòng)頻率的增加而顯著增大，特別是脈動(dòng)頻率為3 倍頻的情況下，背壓脈動(dòng)導(dǎo)致流場(chǎng)參數(shù)的大幅劇烈變化，表明背壓脈動(dòng)頻率對(duì)流場(chǎng)擾動(dòng)程度的影響是強(qiáng)非線性的。另一方面，按背壓脈動(dòng)周期數(shù)計(jì)，流量和氣動(dòng)力矩時(shí)域曲線到達(dá)峰值和周期變化狀態(tài)的時(shí)刻也隨脈動(dòng)頻率的增加而有所延遲，該情況在進(jìn)口流量和氣動(dòng)力矩變化曲線上表現(xiàn)十分顯著，表明較高脈動(dòng)頻率下葉輪流場(chǎng)并不能及時(shí)受到下游背壓干擾的影響，因此出現(xiàn)流場(chǎng)參數(shù)變化的延遲。同時(shí)，進(jìn)口流量達(dá)到各峰值響應(yīng)的周期點(diǎn)相對(duì)出口流量推后，即上游流場(chǎng)變化落后于出口，導(dǎo)致較高脈動(dòng)頻率下峰值響應(yīng)的延遲。流場(chǎng)受背壓脈動(dòng)干擾而不斷迅速加載和卸載，不能隨背壓同步即時(shí)變化，脈動(dòng)頻率越高流場(chǎng)變化的同步性越低，流場(chǎng)參數(shù)越遲達(dá)到周期性變化狀態(tài)。

圖5 不同背壓脈動(dòng)頻率下葉輪進(jìn)出口流量的時(shí)域變化Fig.5 Temporal variations of inlet and outlet mass flow under different back pressure pulsation frequencies

圖6 不同背壓脈動(dòng)頻率下氣動(dòng)力矩的時(shí)域變化Fig.6 Temporal variations of aerodynamic torque under different back pressure pulsation frequencies

非定常計(jì)算經(jīng)歷數(shù)個(gè)脈動(dòng)周期后，流場(chǎng)參數(shù)呈現(xiàn)較穩(wěn)定的周期性變化狀態(tài)，任意2 個(gè)參數(shù)的變化曲線在相空間中形成極限環(huán)曲線。圖7 示出了不同背壓脈動(dòng)幅度和頻率下離心葉輪性能參數(shù)變化的極限環(huán)，橫軸參數(shù)均為葉輪出口流量。

圖7 背壓脈動(dòng)下性能參數(shù)變化的極限環(huán)Fig.7 Limit cycles of performance parameters under back pressure pulsation

圖7 中左圖均為基頻脈動(dòng)下脈動(dòng)幅度變化的情況，可見(jiàn)在不同背壓脈動(dòng)幅度下的極限環(huán)曲線均呈現(xiàn)同一形態(tài)，表明背壓脈動(dòng)幅度對(duì)流場(chǎng)參數(shù)的變化特性無(wú)影響。流量-壓比的極限環(huán)長(zhǎng)軸與縱軸接近平行，即壓比與流量時(shí)域變化的相位差接近90°，而流量-氣動(dòng)力矩的極限環(huán)長(zhǎng)軸向縱軸顯著傾斜，表明氣動(dòng)力矩與流量變化的相位接近180°，氣動(dòng)力矩最低時(shí)流量接近峰值。圖7 中右圖均為不同背壓脈動(dòng)頻率下極限環(huán)的形態(tài)呈現(xiàn)顯著差異，3 倍頻脈動(dòng)情況下因流場(chǎng)大幅變化，極限環(huán)包絡(luò)面積大，且極限環(huán)向縱軸傾斜的形態(tài)發(fā)生變化，效率和氣動(dòng)力矩達(dá)到極值時(shí)，流量接近平均值，與流量變化的相差接近90°。2 倍頻脈動(dòng)情況下各極限環(huán)均向縱軸傾斜，流量與各性能參數(shù)的時(shí)域變化接近反相。由上述分析可知，背壓脈動(dòng)頻率對(duì)各性能參數(shù)變化的相位差具有顯著影響。

圖8 示出了背壓脈動(dòng)波峰和波谷時(shí)刻葉輪流場(chǎng)90%葉高截面處的相對(duì)速度絕對(duì)值云圖（T 為脈動(dòng)周期）。顯見(jiàn)基頻脈動(dòng)情況下脈動(dòng)波峰時(shí)刻t=T/4 時(shí)葉輪流道的低速區(qū)流速更低，反映該區(qū)域回流范圍更大。3 倍頻背壓脈動(dòng)情況下流場(chǎng)變化的時(shí)序與基頻情況不同，脈動(dòng)波峰時(shí)刻葉輪流道的低速區(qū)范圍較小、流速更高，脈動(dòng)波谷時(shí)刻流道低速區(qū)更大?；l脈動(dòng)下速度場(chǎng)分布與背壓變化相匹配，即背壓達(dá)到峰值時(shí)在較大逆壓梯度下低速漩渦區(qū)增大，背壓波谷時(shí)葉輪通道流通情況改善，而較高脈動(dòng)頻率下流場(chǎng)響應(yīng)延遲，速度場(chǎng)變化落后于背壓變化，該結(jié)果與前述分析的結(jié)論一致。圖9 示出了基頻和3 倍頻背壓脈動(dòng)下中間葉高位置的葉表壓力型線，橫軸為相對(duì)弦長(zhǎng)。由圖可見(jiàn)，基頻脈動(dòng)條件下不同時(shí)刻的壓力分布變化不大，壓差較大位置均在葉片后部，即呈現(xiàn)明顯的后加載特性，背壓脈動(dòng)波峰時(shí)刻的葉表壓力更高，波谷時(shí)刻更低。3 倍頻脈動(dòng)條件下不同時(shí)刻的壓力分布差異較大，背壓脈動(dòng)波谷時(shí)刻葉表壓力更高，波峰時(shí)刻更低，表明葉輪通道流場(chǎng)響應(yīng)相對(duì)于背壓脈動(dòng)的延遲，且不同時(shí)刻加載特性發(fā)生變化，背壓波峰時(shí)刻為后加載，波谷時(shí)刻加載位置前移，零時(shí)刻表現(xiàn)為一定程度的均勻加載。

圖8 不同時(shí)刻90%葉高處相對(duì)速度分布（脈動(dòng)幅度3.5% pb）Fig.8 Velocity magnitude distribution at 90% span at different times（Pulsation amplitude of 3.5%pb）

圖9 不同脈動(dòng)頻率下中間葉高葉表壓力型線Fig.9 Blade surface pressure profiles of mid-height under different pulsation frequencies

4 結(jié)論

（1）背壓基頻脈動(dòng)條件下，葉輪流量及氣動(dòng)力矩的波動(dòng)隨背壓脈動(dòng)幅度的增加而顯著增大，不同脈動(dòng)幅度情況下流量和氣動(dòng)力矩的變化基本同步；流量和氣動(dòng)力矩的相對(duì)脈動(dòng)幅度均超過(guò)背壓，表明背壓脈動(dòng)引起了流場(chǎng)強(qiáng)烈的非定常波動(dòng)。

（2）流量和氣動(dòng)力矩的波動(dòng)隨脈動(dòng)頻率的增加而顯著增大，3 倍頻背壓脈動(dòng)情況下，背壓脈動(dòng)導(dǎo)致流場(chǎng)參數(shù)大幅劇烈變化；流場(chǎng)參數(shù)變化隨背壓脈動(dòng)的同步性隨脈動(dòng)頻率的增加而降低。

（3）不同背壓脈動(dòng)幅度下性能參數(shù)的極限環(huán)曲線均呈現(xiàn)同一形態(tài)；不同背壓脈動(dòng)頻率下極限環(huán)的形態(tài)呈顯著差異，其原因在于背壓脈動(dòng)頻率對(duì)葉輪流場(chǎng)響應(yīng)幅度和各性能參數(shù)時(shí)域變化的相位差具有重要影響。

（4）基頻脈動(dòng)條件下不同時(shí)刻的葉表壓力分布特征變化較小，3 倍頻脈動(dòng)條件下不同時(shí)刻的壓力分布呈顯著差異，且加載特性發(fā)生變化。

本文研究關(guān)注燃料電池離心壓縮機(jī)在背壓脈動(dòng)條件下的流場(chǎng)響應(yīng)特性和機(jī)制，對(duì)提升復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下高速離心壓縮機(jī)的工作性能、進(jìn)而改善壓縮機(jī)及燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，具有十分重要的意義。