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管式扩压器的设计及流动特点研究

冀国锋  
【摘要】:本文针对离心压气机叶轮出口流速超音速情况,开展了对管式扩压器的设计及流动特点进行研究。与轴流压气机不同的是,离心压气机依靠离心力做功,能以较小的尺寸实现较高的级压比,故得到了广泛的应用。但是,随着对高压比的追求,当前的高压比离心压气机离心叶轮出口的绝对速度非常高,大都是超音速的,如果采用传统的叶片式扩压器,无论采用哪种叶片设计形式,都会在扩压器进口形成非常强的激波。而且由于负荷太高,离心叶轮出口的气动参数无论沿展向,还是周向都极其的不均匀,常规的叶片式扩压器已很难满足设计要求。为此,针对高压比离心压气机中,常规的叶片式扩压器内激波强度大、流动损失大、总压恢复系数低的情况,进行了适合于高超音来流的管式扩压器的设计。本文讨论的管式扩压器设计分为四段:进口圆柱段、锥形段、弯管段和下游扩散段。设计过程中,为了抑制壁面的流动分离,严格控制流道的当量扩张角,根据来流方向来调整进口圆柱段在周向的倾斜角度,根据设计流量来调整管道的数量,按照三维数值计算的流场来调整各段管道的形状,最终确定了管式扩压器的形式。通过与叶片式扩压器流场对比分析发现,管式扩压器更适合于超音来流:①它的特殊的进口结构能够把不均匀来流调匀,降低通道的激波强度,大大的减小损失;②它的径向到轴向的气流转弯段的管道结构更加的适应流动的方向,大大的降低了流动的旋度,减弱了流动截面上气动参数的不均匀性,抑制了分离流动,也大大的减小了损失。

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