離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)理論和分析

1、離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)理論和分析怎么樣才能設(shè)計(jì)出好的離心壓氣機(jī)？它應(yīng)該具備如下一些特點(diǎn)： 1葉片的數(shù)目應(yīng)足夠多，以保證滑移因子不應(yīng)過大。2 設(shè)計(jì)的葉輪盡可能地選擇后彎葉輪。3 葉輪出口處的葉片高度與半徑的比值不要太小。4 如果是開式葉輪，那么葉尖間隙應(yīng)該盡可能的小。通常出口處的葉片高度都要比基于單純?yōu)槭箽饬鳒p速而計(jì)算得到的值大一些，這樣可以保證間隙與葉片高度的比值在合理的小范圍內(nèi)。5 葉輪的進(jìn)口曲線設(shè)計(jì)能夠保證在設(shè)計(jì)工況下氣流在整個(gè)葉片前緣上以最小的攻角進(jìn)入葉輪。概論6葉輪的形狀設(shè)計(jì)保證曲線處處光滑，曲率變化比較平坦，最重要的要保證輪緣型線曲率變化比較平坦。7 擴(kuò)壓器，無論是有葉的還是無葉的，都應(yīng)

2、該有合適的流通面積。如果采用有葉擴(kuò)壓器，保證在設(shè)計(jì)點(diǎn)下擴(kuò)壓器入口處氣流功角不會(huì)過大。 8 在給定流量的前提條件下，要保證葉輪進(jìn)口輪緣處的相對(duì)馬赫數(shù)最小。9 葉輪進(jìn)口輪緣處相對(duì)馬赫數(shù)和葉輪出口平均相對(duì)速度比應(yīng)小于，超過這個(gè)數(shù)值，會(huì)引起葉輪內(nèi)出現(xiàn)較大的分離區(qū)域。概論葉輪進(jìn)口幾何尺寸的確定-葉輪進(jìn)口氣動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系 葉輪進(jìn)口有軸向進(jìn)氣、正預(yù)旋和和負(fù)預(yù)旋三種兩種情況，圖1給出了這三種進(jìn)口情況下的速度三角形。 (a) (b)(c)圖1 葉輪進(jìn)口速度三角形 (a)正預(yù)旋 (b)零預(yù)旋 (c)負(fù)預(yù)旋質(zhì)量流量為根據(jù)葉輪入口速度三角形可以得出 ，其中， 由氣動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系可得葉輪進(jìn)口幾何尺寸的確定-葉輪進(jìn)口

3、氣動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系 葉輪進(jìn)口切向速度一般為0，如果葉輪進(jìn)口有導(dǎo)葉，則葉輪進(jìn)口周向速度為可以推導(dǎo)出葉輪壓比和進(jìn)出口速度之間的關(guān)系為 (8) 從式(8)可以很清楚地發(fā)現(xiàn)正預(yù)旋和負(fù)預(yù)旋對(duì)滯止壓比的影響。葉輪進(jìn)口幾何尺寸的確定-葉輪進(jìn)口氣動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系 如果設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前只知道離心壓氣機(jī)質(zhì)量流量和壓比，為了獲得其它幾何尺寸，必須還要假定一些必要的參數(shù)。例如選擇合適的馬赫數(shù)和流動(dòng)角等。這就意味著設(shè)計(jì)離心壓氣機(jī)的過程可以走多條路線，因此主要尺寸的確定過程是一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。 設(shè)計(jì)離心壓氣機(jī)通常是把最大效率作為設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行尋優(yōu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中對(duì)一些損失進(jìn)行定量的考慮。葉輪進(jìn)口幾何尺寸的確定-葉輪進(jìn)口氣動(dòng)參

4、數(shù)之間的關(guān)系 誘導(dǎo)輪 對(duì)誘導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)過程，應(yīng)已知下列參數(shù)(a)入口滯止壓力和溫度；經(jīng)常使用標(biāo)準(zhǔn)大氣條件。(b)入口攻角的大小。(c)入口預(yù)旋。(d)工質(zhì)的質(zhì)量流量。 在設(shè)計(jì)過程中對(duì)誘導(dǎo)輪有幾方面考慮：其一，對(duì)一定的質(zhì)量流量，在保證設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率最高前提條件下，使入口輪緣處相對(duì)馬赫數(shù)最小。這樣做的目的是使葉片攻角損失最小。其二，為了使堵塞流量和喘振流量?jī)烧咧钭銐虼螅筮M(jìn)口相對(duì)馬赫數(shù)盡可能地小，因?yàn)槎氯褪賰蓚€(gè)流量之差隨著進(jìn)口相對(duì)馬赫數(shù)的增加顯著減小。其三，誘導(dǎo)輪設(shè)計(jì)中還要考慮結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度上的要求。例如，對(duì)高通流離心壓氣機(jī)，葉輪進(jìn)口前緣絕大多數(shù)采用沿徑向延伸的直紋葉片。 誘導(dǎo)輪 設(shè)計(jì)葉輪進(jìn)口主要

5、考慮的三個(gè)幾何參數(shù)是輪轂半徑、輪緣半徑以及輪緣處的葉片角度。輪轂半徑的選擇為了使設(shè)計(jì)的葉輪在滿足要求的質(zhì)量流量前提條件下有盡可能小的截面面積，要求誘導(dǎo)輪進(jìn)口輪轂半徑盡可能足夠小。減小輪緣半徑，即減小了輪緣處的馬赫數(shù)，而這對(duì)于改善葉輪內(nèi)部的流動(dòng)狀況是有益的。 然而，輪轂半徑是受限制的，它應(yīng)滿足下列要求，即進(jìn)口輪轂半徑應(yīng)能保證傳遞要求的扭矩，避免發(fā)生臨界振動(dòng)現(xiàn)象；同時(shí)，還應(yīng)有足夠的周向空間安置所要求的葉片數(shù)。 輪緣半徑輪緣處相對(duì)馬赫數(shù)最小誘導(dǎo)輪 誘導(dǎo)輪輪緣處葉片速度是最大的，相對(duì)速度也是最大的。減小輪緣半徑導(dǎo)致相對(duì)速度減小在質(zhì)量流量一定情況下，工質(zhì)的軸向速度增加流道面積相應(yīng)減小導(dǎo)致相對(duì)速度增加由上

6、面的分析可知，存在一個(gè)輪緣半徑，當(dāng)進(jìn)口輪緣半徑偏離這個(gè)值時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致輪緣處相對(duì)馬赫數(shù)上升。假設(shè)入口無預(yù)旋，進(jìn)口速度三角形是直角三角形，則有 誘導(dǎo)輪 (9) 葉尖處周向速度將減小C1sU1sW1s定義無量綱質(zhì)量流量誘導(dǎo)輪 式中r1h/r1s。把上式代入式(9)，則式(9)可以改寫為式中，Ma1s為葉輪進(jìn)口輪緣處相對(duì)馬赫數(shù)，MauU2/a01。 (10)圖2給出了式(10)中的各參數(shù)之間的關(guān)系。可以看出，當(dāng)Mau2/(12)數(shù)值一定情況下，存在一個(gè)最小相對(duì)馬赫數(shù)。從圖2 還可以看出進(jìn)口輪緣處相對(duì)流動(dòng)角在55到65之間有輪緣處最小相對(duì)馬赫數(shù)。 圖2 馬赫數(shù)對(duì)相對(duì)流動(dòng)角的影響誘導(dǎo)輪 縱坐標(biāo)橫坐標(biāo)圖中變

7、量坐標(biāo)對(duì)于一個(gè)給定的相對(duì)馬赫數(shù)情況下，如何使單位迎風(fēng)面積上質(zhì)量流量最大 在質(zhì)量流量一定情況下，要想獲得最小輪緣處相對(duì)馬赫數(shù)，誘導(dǎo)輪 仍然從式(10)出發(fā)，它還可以寫成相對(duì)馬赫數(shù)和相對(duì)流動(dòng)角的表達(dá)式 (11) 對(duì)式(11)中的1s求導(dǎo)，令其導(dǎo)數(shù)等于零，即可獲得在任意給定的相對(duì)馬赫數(shù)情況下，產(chǎn)生最大流量的相對(duì)流動(dòng)角的計(jì)算公式為(12) 誘導(dǎo)輪 圖3給出了由式(12)畫出的曲線，橫坐標(biāo)為進(jìn)口輪緣處相對(duì)流動(dòng)角。根據(jù)式(12)，設(shè)計(jì)者可以選擇相對(duì)流動(dòng)角1s，使入口相對(duì)馬赫數(shù)最小。 圖3 進(jìn)口輪緣相對(duì)馬赫數(shù)和相對(duì)流動(dòng)角的關(guān)系可以看出，如果1s偏離最小相對(duì)馬赫數(shù)對(duì)應(yīng)流動(dòng)角5時(shí)，馬赫數(shù)增加1%。由此可見在設(shè)計(jì)

8、中應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地選擇1s的數(shù)值。根據(jù)下圖還可以看出，1s在60左右變化時(shí)所引起的相對(duì)馬赫數(shù)的變化量很小，也就是說設(shè)計(jì)中1s選擇60是比較合理的。 誘導(dǎo)輪 在求得相對(duì)流動(dòng)角和相對(duì)馬赫數(shù)后，如果還已知進(jìn)口輪轂半徑，即可使用連續(xù)方程計(jì)算誘導(dǎo)輪入口截面面積，具體公式如下連續(xù)方程用相對(duì)馬赫數(shù)和相對(duì)流動(dòng)角表示為根據(jù)上式，如果m、1s、Ma1s、r1h都是已知的，即可由上式獲得輪緣半徑。 誘導(dǎo)輪 葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 理想情況下，葉輪出口流動(dòng)角應(yīng)該和葉片角相等，實(shí)際流動(dòng)導(dǎo)致在葉輪出口流動(dòng)角偏離葉片角。在平均流線計(jì)算和通流計(jì)算中正確地預(yù)測(cè)落后角是非常關(guān)鍵的，因?yàn)檫@直接關(guān)系到葉輪做功量大小和葉

9、輪出口壓比。對(duì)于后彎葉輪出口切向速度分量為規(guī)定葉片角的方向和葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)。 對(duì)于理想情況下，如果葉輪出口流動(dòng)完全由葉輪葉片引導(dǎo)，則對(duì)于徑向葉輪出口切向速度分量為 U2C2W2U2C2W2沒有滑移情況下葉輪出口速度三角形，左圖：徑向葉輪，右圖：后彎葉輪葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 滑移現(xiàn)象的存在減小了切向速度分量的大小，因此減小了葉輪的壓比，并且還使葉輪的耗功量減小。為了獲得設(shè)計(jì)壓比，就要求增大葉輪直徑，提高葉輪的旋轉(zhuǎn)速度。這又導(dǎo)致葉輪承受的應(yīng)力增加，同時(shí)也使摩擦損失增加，降低了壓氣機(jī)的效率。葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 根據(jù)滑移因子的定義根據(jù)圖1速度

10、三角形可以寫出下式U2C2W2 C Cm 或用滑移因子表示為葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 對(duì)于徑向葉輪，式 可以簡(jiǎn)化為根據(jù)質(zhì)量流量可以獲得出口子午速度為 ，其中 對(duì)于進(jìn)口沒有預(yù)旋的徑向式葉輪，式(8)可以改寫為 (8) 葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 MauU2/a01。如果給定l和的數(shù)值，根據(jù)上式可以得出p02/p01與Mau之間的關(guān)系曲線。把上式的計(jì)算結(jié)果畫成曲線如圖4。圖中l(wèi)1曲線表示l1和1情況下所能獲得的壓比。l 曲線表示葉輪效率l和滑移因子情況下所能獲得的壓比曲線，當(dāng)l大于和大于時(shí)的曲線在上面兩條曲線之間。 圖4 零預(yù)旋時(shí)壓比和Mau之間的關(guān)系 葉輪出口幾何尺寸的

11、確定-滑移因子的計(jì)算 旋轉(zhuǎn)速度越高，壓比越高葉輪設(shè)計(jì)依靠的一個(gè)重要參數(shù)就是滑移因子。一些設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)為設(shè)計(jì)離心壓氣機(jī)葉輪發(fā)展了他們自己的滑移因子。由于葉輪出口流動(dòng)現(xiàn)象非常復(fù)雜，因此很難獲得滑移因子的準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)果。對(duì)于同一個(gè)葉輪，在不同流量情況下的滑移因子是不同的，其主要原因是在不同流量情況下，葉輪通道內(nèi)的分離流動(dòng)現(xiàn)象也不相同。即使在最高效率點(diǎn)，并且在葉片數(shù)目相同情況下，不同葉片葉型的設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生不同程度的分離現(xiàn)象，這樣導(dǎo)致滑移因子發(fā)生變化。葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 斯托德拉(Stodola)計(jì)算滑移因子公式威斯尼(Wiesner，1967)對(duì)存在的滑移因子關(guān)系式進(jìn)行了廣泛的研究，他檢

12、驗(yàn)了斯托德拉(Stodola，1927)、巴斯曼(Busemann，1928)和斯坦尼茲(Stanitz，1952)提出的計(jì)算滑移因子的方法。威斯尼Wiesner對(duì)巴斯曼Busemann的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行歸納得出下列公式(18) 葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 2B(葉片后彎角)和ZB (葉片數(shù)目)對(duì)滑移因子有什么影響？2B和ZB 越大滑移因子也就越大。Wiesner根據(jù)Busemann數(shù)據(jù)得出的滑移因子的計(jì)算公式適用葉輪出口半徑和入口半徑的比值不超過下式計(jì)算的數(shù)據(jù) 圖6是在后彎角和葉片數(shù)目變化情況下根據(jù)Wiesner公式計(jì)算的滑移因子變化曲線。圖6 后彎角和葉片數(shù)變化時(shí)由Wiesner公

13、式計(jì)算的滑移因子變化曲線葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 2B和ZB 越大滑移因子也就越大Stanitz(1952)在理論分析的基礎(chǔ)上給出了一個(gè)滑移因子的計(jì)算公式。Stanitz認(rèn)為滑移因子只是葉片數(shù)目和出口葉片角的函數(shù)，Stanitz滑移因子的計(jì)算公式是在對(duì)6個(gè)徑向葉片葉輪進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上得到的，其具體的計(jì)算公式是當(dāng)2b在45和+45之間時(shí)可以使用上式計(jì)算滑移因子。葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 由上面的各個(gè)公式可以看出，影響滑移因子的參數(shù)主要是后彎角和葉片數(shù)目。在很多年里，研究人員在軸流和徑流壓氣機(jī)上使用完全不同的落后角計(jì)算公式和滑移因子模型。對(duì)于軸流壓氣機(jī)，最廣泛使用的

14、落后角計(jì)算公式是Carter公式。對(duì)于離心壓氣機(jī)，Wiesner滑移因子計(jì)算公式得到了廣泛的應(yīng)用。在軸流壓氣機(jī)和徑流壓氣機(jī)兩者的落后角的計(jì)算方法沒有相互聯(lián)系，兩種方法也不相同。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)混流壓氣機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)人員所面臨的問題是使用Carter公式還是使用Wiesner公式計(jì)算落后角。葉輪出口幾何尺寸的確定-滑移因子的計(jì)算 葉輪設(shè)計(jì)中除了選定后彎角外，還應(yīng)考慮的兩個(gè)重要參數(shù)是絕對(duì)馬赫數(shù)的大小和方向。出口速度過高將使擴(kuò)壓器內(nèi)的壓力梯度變大，由此可能會(huì)產(chǎn)生過大的摩擦損失。如果是有葉擴(kuò)壓器，還可能會(huì)在擴(kuò)壓器葉片前緣產(chǎn)生激波，從而產(chǎn)生激波損失。葉輪出口絕對(duì)速度和徑向之間的夾角，也即絕對(duì)氣流角的數(shù)值同樣不能取

15、得過大，如果取得過大，意味著擴(kuò)壓器入口角度過大，對(duì)于有葉擴(kuò)壓器，這樣會(huì)使擴(kuò)壓器前緣的設(shè)計(jì)變得非常困難，還會(huì)使氣流在擴(kuò)壓器內(nèi)流程加長(zhǎng)，導(dǎo)致摩擦損失增加。此外，還會(huì)引起失速和倒流現(xiàn)象，從而引起喘振。 葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 葉輪設(shè)計(jì)中經(jīng)常面臨的一個(gè)問題是如何選定出口葉片高度b2，出口絕對(duì)氣流角2的大小可以幫助確定b2值的大小。2直接確定出口速度三角形，當(dāng)2變化時(shí)將導(dǎo)致b2值發(fā)生變化。經(jīng)驗(yàn)顯示當(dāng)b2較小情況下，2值取大一些可能更加合理。Japikse(1984)認(rèn)為出口絕對(duì)氣流角和比轉(zhuǎn)速之間近似存在下面的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，即 葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 2Cm2C2Dean(196

16、0)的研究結(jié)果表明最優(yōu)的出口絕對(duì)氣流角在63到68之間，同樣，Rodgers和Sapiro(1972)認(rèn)為合理的出口絕對(duì)氣流角在60到70之間。Osborne等人(1975)使用70作為一個(gè)壓比為8的壓氣機(jī)出口絕對(duì)氣流角。以后的分析中將采用65作為出口絕對(duì)氣流角。葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 下面看一下葉片后彎對(duì)出口馬赫數(shù)和流動(dòng)角產(chǎn)生的影響?？梢酝茖?dǎo)出 具體推導(dǎo)看書參數(shù)C2/U2/1(tan2b/tan2)稱為載荷系數(shù) 葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 為什么把這個(gè)參數(shù)稱為載荷系數(shù)？等式右端參數(shù)：Mau、 2 2b、以Ma2為縱坐標(biāo)，Mau為橫坐標(biāo)，畫成曲線。圖9給出了Ma2和Ma

17、u之間的關(guān)系曲線，其中2取65，取。圖9 葉片后彎角對(duì)出口馬赫數(shù)的影響葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 可以看出在葉輪旋轉(zhuǎn)速度不變情況下，隨出口后彎角的增大，出口絕對(duì)馬赫數(shù)是下降的。給出參數(shù)：Mau、 2 、 2b 、 ，求Ma2-畫圖與上相同，可以把Ma2作為縱座標(biāo)，2作為橫坐標(biāo)，畫出Ma2和2之間的關(guān)系曲線，表示在圖10中。圖中的兩族曲線分別對(duì)應(yīng)的是壓比為6和壓比為3情況下的曲線。 葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 從這張圖可以看出，在后彎角較小情況下(比如，小于20)，隨出口絕對(duì)氣流角2增加，出口絕對(duì)馬赫數(shù)Ma2是減小的；在葉片后彎角較大情況下(比如，大于40)，隨出口絕對(duì)氣流角

18、2增加，出口絕對(duì)馬赫數(shù)Ma2是增加的。 從上面的分析可以看出，對(duì)于給定的葉輪旋轉(zhuǎn)速度，隨著葉片后彎角的增大，會(huì)使葉輪出口絕對(duì)馬赫數(shù)減小。但是，在葉輪后彎角增加時(shí)，為了保持原有壓比，必須要增大葉輪旋轉(zhuǎn)速度，而葉輪旋轉(zhuǎn)速度的增大又會(huì)導(dǎo)致葉輪出口馬赫數(shù)的增加。如果給定265， l，可以根據(jù)式(8)求得壓比數(shù)值，這樣可把等壓線畫在圖9上，即得到圖11。圖11 出口葉片角和壓比對(duì)出口絕對(duì)馬赫數(shù)的影響葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 從圖11可以很清楚地看出隨后彎角增加，同一個(gè)旋轉(zhuǎn)速度下壓比是減小的。假設(shè)保持壓比不變，出口絕對(duì)馬赫數(shù)下降，相對(duì)馬赫數(shù)增大。例如，假設(shè)保持壓比5不變，當(dāng)后彎角由30減小到6

19、0時(shí)，出口絕對(duì)氣流馬赫數(shù)由下降到，而Mau從增加到。 葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 圖11 出口葉片角和壓比對(duì)出口絕對(duì)馬赫數(shù)的影響隨后彎角增加，同一個(gè)旋轉(zhuǎn)速度下壓比是減小的以壓比為橫坐標(biāo)，葉輪旋轉(zhuǎn)馬赫數(shù)Mau2作為縱坐標(biāo)，畫出壓比和Mau2之間的關(guān)系曲線，如圖12。圖12 葉尖旋轉(zhuǎn)速度隨壓比的變化曲線葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 從這張圖中可以很清楚地看出在相同的壓比情況下，隨著后彎角的增加，葉輪的旋轉(zhuǎn)速度是增加的。后彎角增大等壓比線葉輪旋轉(zhuǎn)速度的增加是受葉輪材料限制的。目前可用的幾種葉輪材料中，鑄鋁允許的旋轉(zhuǎn)速度是200300m/s，鍛鋁可以達(dá)到500m/s，鈦合金可以達(dá)到6

20、50700m/s。目前正在進(jìn)一步研究鈦鋁合金材料，有望使葉輪可以在更高的旋轉(zhuǎn)速度下安全工作。 葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 增大葉輪后彎角還可以擴(kuò)大葉輪的穩(wěn)定工作范圍，可以從圖13很清楚地發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，當(dāng)后彎角在0至20之間時(shí)的壓氣機(jī)在峰值效率點(diǎn)上的流量與喘振流量比低于后彎角在20至40之間的比值，這是由于隨后彎角的增加壓氣機(jī)的喘振流量減小，因此導(dǎo)致兩者的比值增大。從圖上還可以發(fā)現(xiàn)，后彎角的增大不能導(dǎo)致堵塞流量的減小。研究顯示，后彎角每增大10，就會(huì)使壓氣機(jī)效率提高兩個(gè)百分點(diǎn)。 葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 圖13 無葉擴(kuò)壓器壓氣機(jī)流量比隨后彎角變化峰值效率點(diǎn)上的流量與喘振流量比

21、堵塞流量與峰值效率點(diǎn)流量比在初步設(shè)計(jì)階段，可以采用兩種方法得到設(shè)計(jì)的離心壓氣機(jī)效率，一種方法是采用一維計(jì)算方法，計(jì)算出各主要截面上氣動(dòng)參數(shù)，把這些參數(shù)代入到損失模型中去，從而計(jì)算出離心壓氣機(jī)葉輪效率。 另外一種更為直接和方便的方法是采用一些無量綱參數(shù)與效率之間的關(guān)系曲線來確定壓氣機(jī)效率，常用的無量綱參數(shù)是比轉(zhuǎn)速和流量函數(shù)與葉輪效率之間的關(guān)系式。 葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 Rodgers給出了比轉(zhuǎn)速和葉輪效率之間的關(guān)系式，由這個(gè)關(guān)系式得到的曲線如圖15?？梢钥闯觯?dāng)比轉(zhuǎn)速ns太小時(shí)，葉輪效率是下降的，這主要是由于葉輪流道變長(zhǎng)變窄，使摩擦損失增加。

22、比轉(zhuǎn)速大時(shí)，進(jìn)口輪緣半徑和葉輪半徑比值大，輪緣曲率變化大，損失增大。 圖15 Rodger的效率和比轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線比轉(zhuǎn)速小，葉片槽道窄；比轉(zhuǎn)速大，葉片槽道寬。高效區(qū)Rodgers認(rèn)為最重要的離心壓氣機(jī)葉輪設(shè)計(jì)參數(shù)是比轉(zhuǎn)速、進(jìn)口輪緣處馬赫數(shù)、出口絕對(duì)馬赫數(shù)、葉輪擴(kuò)散因子、出口絕對(duì)氣流角、出口葉片角。Rodgers還考慮了壓比及入口輪緣處相對(duì)馬赫數(shù)Ma1s變化對(duì)葉輪效率的影響，認(rèn)為在比轉(zhuǎn)速一定情況下，入口輪緣處相對(duì)馬赫數(shù)對(duì)葉輪效率有很大影響，隨入口輪緣處相對(duì)馬赫數(shù)增大，葉輪效率是降低的。葉輪出口幾何尺寸的確定-出口參數(shù)計(jì)算 離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的幾個(gè)無量綱參數(shù) 定義比轉(zhuǎn)速為比轉(zhuǎn)速可以寫為 r1s/r

23、2增大(意味著葉片槽道變寬)，比轉(zhuǎn)速增大。r1h/r1s減小(意味著葉片槽道變寬)，比轉(zhuǎn)速增大。參數(shù)C2/U2/1(tan2b/tan2)稱為載荷系數(shù) 比轉(zhuǎn)速隨出口葉片角2b和半徑比r1s/r2的變化由圖16給出。可以看出，隨后彎角增加，導(dǎo)致比轉(zhuǎn)速增加。當(dāng)后彎角小于60時(shí)，比轉(zhuǎn)速增加比較緩慢，超過60后，比轉(zhuǎn)速增加迅速。 圖16葉片后彎角對(duì)比轉(zhuǎn)速的影響 離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的幾個(gè)無量綱參數(shù) Rodgers經(jīng)過研究認(rèn)為：當(dāng)葉片后彎角增加時(shí)，最優(yōu)比轉(zhuǎn)速是增加的。Galvas(1972)認(rèn)為對(duì)于后彎葉輪最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比轉(zhuǎn)速應(yīng)在至之間。 離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的幾個(gè)無量綱參數(shù) 無量綱做功系數(shù)是做功密度

24、的尺度，也即做功量與重量之比。設(shè)計(jì)過程中一個(gè)最基本的目標(biāo)就是以盡可能小的體積和質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)做最多的功或吸最多的功，也即使做功系數(shù)最大。在應(yīng)力水平允許范圍內(nèi)，隨著葉片后彎角增加，葉輪效率增加，做功能力下降，使載荷系數(shù)下降；比轉(zhuǎn)速增加，做功系數(shù)上升。比轉(zhuǎn)速和無量綱做功系數(shù)之間的關(guān)系有 離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的幾個(gè)無量綱參數(shù) 衡量葉輪擴(kuò)壓能力的參數(shù)是擴(kuò)散因子。有兩種方法定義擴(kuò)散因子：一種方法是以入口相對(duì)速度(或相對(duì)馬赫數(shù))與出口相對(duì)速度(或相對(duì)馬赫數(shù))之比作為衡量擴(kuò)壓的標(biāo)準(zhǔn)。另外一種方法是把出口相對(duì)速度分成射流速度和尾跡速度，在計(jì)算擴(kuò)散因子時(shí)使用尾跡速度。定義擴(kuò)散因子 離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的幾個(gè)無量綱參

25、數(shù) 軸流渦輪擴(kuò)散因子圖17給出了擴(kuò)散因子隨出口葉片角的變化曲線。 圖17 葉片后彎角對(duì)擴(kuò)散因子的影響離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的幾個(gè)無量綱參數(shù) 高擴(kuò)散因子區(qū)小葉片后彎角后彎角增大方向2增加，擴(kuò)散因子增加，為什么？出口絕對(duì)周向速度增大，做功能力增強(qiáng)。參數(shù)C2/U2/1(tan2b/tan2)稱為載荷系數(shù) 當(dāng)葉片后彎角增加時(shí)，擴(kuò)散因子減小。對(duì)于滑移因子為，擴(kuò)散因子最大值對(duì)應(yīng)的出口葉片角一般情況下大于或等于零(例如在，2=65情況下，D最大值對(duì)應(yīng)的葉片角為)，這也進(jìn)一步說明徑向葉輪的做功能力高于后彎葉輪。從擴(kuò)散因子的計(jì)算公式可以看出，擴(kuò)散因子D是半徑比r1s/r2的函數(shù)，r1s/r2越大，擴(kuò)散因子越大。實(shí)

26、際設(shè)計(jì)中當(dāng)然希望擴(kuò)散因子越高越好，但擴(kuò)散因子過高會(huì)引起邊界層分離等一系列問題。 離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的幾個(gè)無量綱參數(shù) Dean(1972)研究結(jié)果表明在亞音速入口流動(dòng)情況下最大擴(kuò)散因子可達(dá)。Rodgers(1977)對(duì)27585，r1s/r2， 2b40葉輪進(jìn)行研究后，認(rèn)為在喘振情況下擴(kuò)散因子可達(dá)到。Rodgers的結(jié)果是在認(rèn)為葉輪出口沒有分離流動(dòng)情況下獲得的，Dean的結(jié)果則是在認(rèn)為出口為分離流動(dòng)情況下獲得的，在計(jì)算過程中使用射流速度為出口相對(duì)速度。 離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的幾個(gè)無量綱參數(shù) 壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式 根據(jù)初步設(shè)計(jì)要求，可把初步設(shè)計(jì)分成要求的輸入?yún)?shù)是進(jìn)口總壓p0、總

27、溫T0、流量、轉(zhuǎn)速n、全部的幾何尺寸，根據(jù)給定的壓氣機(jī)幾何尺寸預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)點(diǎn)和非設(shè)計(jì)點(diǎn)上的性能，確定葉輪性能參數(shù)，如壓比、效率的方法。設(shè)計(jì)模式分析模式在給定流量、轉(zhuǎn)速、級(jí)壓比的情況下，確定葉輪主要幾何尺寸的方法。 對(duì)于設(shè)計(jì)模式，要求的輸入?yún)?shù)是進(jìn)口總壓p0、總溫T0、流量、轉(zhuǎn)速n、級(jí)壓比，設(shè)計(jì)中選擇的參數(shù)為進(jìn)口絕對(duì)氣流角1、進(jìn)口輪轂半徑r1h或者輪轂輪緣比r1h/r1s、滑移因子2、葉輪出口氣流絕對(duì)流動(dòng)角2、葉輪后彎角2b，初步給定r2和b2值。在葉輪進(jìn)口有導(dǎo)葉存在時(shí)，還要設(shè)計(jì)進(jìn)口導(dǎo)葉。進(jìn)口導(dǎo)葉分軸向?qū)~、徑向?qū)~。 壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式 設(shè)計(jì)模式和分析模式所使用的計(jì)算公式基本相同

28、，而在計(jì)算程序結(jié)構(gòu)上存在著一定的差異。在進(jìn)行壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)時(shí)，最開始可以采用設(shè)計(jì)模式，在完成設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算，并且獲得壓氣機(jī)主要幾何尺寸后，即可轉(zhuǎn)到分析模式下，在分析模式下，完壓氣機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)和非設(shè)計(jì)點(diǎn)下性能計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷設(shè)計(jì)的壓氣機(jī)是否滿足設(shè)計(jì)要求。壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式 離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)大致可分為：相似設(shè)計(jì)方法依靠經(jīng)驗(yàn)公式的設(shè)計(jì)方法基于模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法下面分別對(duì)這三種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單地描述。壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式 壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-相似設(shè)計(jì)方法葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)中一種廣泛使用的簡(jiǎn)便方法是根據(jù)已經(jīng)存在的葉輪機(jī)械，采用一定的比例相似準(zhǔn)則對(duì)其進(jìn)行縮放

29、，得到新設(shè)計(jì)的壓氣機(jī)。當(dāng)一臺(tái)壓氣機(jī)具有合適的流量、壓比(壓頭)、效率、工作范圍時(shí)，就可以依據(jù)這臺(tái)壓氣機(jī)原型，設(shè)計(jì)出滿足要求的新壓氣機(jī)。當(dāng)然，在這種相似設(shè)計(jì)過程中還要考慮壽命和成本因素。當(dāng)設(shè)計(jì)的壓氣機(jī)的原型機(jī)所使用的工質(zhì)相同時(shí)，那么就可以采用這種方法很容易地設(shè)計(jì)出新壓氣機(jī)，而當(dāng)工質(zhì)存在差別時(shí)，將使設(shè)計(jì)難度增大。當(dāng)新設(shè)計(jì)的壓氣機(jī)和原型機(jī)具有相同工質(zhì)時(shí)，那么可以采用下面兩個(gè)式子確定壓氣機(jī)參數(shù)，即 根據(jù)新設(shè)計(jì)壓氣機(jī)質(zhì)量流量要求，即可確定相似比例為r2d/r2,原形。根據(jù)這個(gè)比例關(guān)系，確定壓氣機(jī)其他幾何尺寸，新設(shè)計(jì)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速由第二個(gè)式子給出。當(dāng)然，Re的變化會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生影響，因此應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一定

30、的修正。壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-相似設(shè)計(jì)方法壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-采用經(jīng)驗(yàn)公式的設(shè)計(jì)方法所謂經(jīng)驗(yàn)公式的設(shè)計(jì)方法，就是在進(jìn)行離心壓氣機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，采用一些關(guān)聯(lián)公式，如葉輪效率和比轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線，以及擴(kuò)壓器壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)與喉部阻塞因子B4之間的關(guān)系曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。 圖15 Rodger的效率和比轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線第一步是誘導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)。誘導(dǎo)輪入口設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)是在滿足質(zhì)量流量和結(jié)構(gòu)要求的前提下，誘導(dǎo)輪入口輪緣處的相對(duì)馬赫數(shù)最小。對(duì)于任一給定的入口條件存在著很多入口絕對(duì)速度，只有一個(gè)入口絕對(duì)速度對(duì)應(yīng)的入口相對(duì)馬赫數(shù)最小。 壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-采用經(jīng)驗(yàn)公式的設(shè)計(jì)方

31、法誘導(dǎo)輪入口輪轂輪緣之比根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)上的要求進(jìn)行確定，對(duì)于單側(cè)懸掛支撐轉(zhuǎn)子， r1h/r1s之比在之間。對(duì)于兩側(cè)支撐轉(zhuǎn)子，葉輪r1h/r1s之比在之間。在確定誘導(dǎo)輪進(jìn)口前后都為軸承時(shí)，可以給定輪轂半徑或者輪轂與輪緣半徑r1h/r1s，在這種情況下，可以確定在給定條件下輪緣具有最小相對(duì)Ma數(shù)時(shí)的輪緣半徑。 壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-采用經(jīng)驗(yàn)公式的設(shè)計(jì)方法誘導(dǎo)輪進(jìn)口初步設(shè)計(jì)第二步計(jì)算葉輪出口流動(dòng)參數(shù)及幾何尺寸，如葉輪直徑、出口葉片高度。在進(jìn)行葉輪出口計(jì)算時(shí)，需要已知的參數(shù)有葉輪進(jìn)口總壓p00、進(jìn)口總溫T00、級(jí)壓比prs、質(zhì)量流量m。設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定擴(kuò)壓器靜壓恢復(fù)系數(shù)CpD、

32、滑移因子、轉(zhuǎn)子效率rotor，需要誘導(dǎo)輪計(jì)算得到的進(jìn)口參數(shù)有葉輪進(jìn)口子午速度Cm1、絕對(duì)氣流角1、比轉(zhuǎn)速Nss、出口旋度比2m、出口葉片角2B，最后還要初步給定一個(gè)級(jí)效率stage，葉輪出口計(jì)算需要對(duì)擴(kuò)壓器性能進(jìn)行粗略地計(jì)算。葉輪出口的計(jì)算是一個(gè)迭代過程，直到計(jì)算得到的壓比p5/p00近似等于給定的設(shè)計(jì)壓比時(shí)計(jì)算才獲得成功。在迭代過程中不斷地對(duì)級(jí)效率進(jìn)行修改。 壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-采用經(jīng)驗(yàn)公式的設(shè)計(jì)方法葉輪直徑和出口葉片寬度計(jì)算初步設(shè)計(jì)最后階段是計(jì)算擴(kuò)壓器。開始計(jì)算時(shí)認(rèn)為擴(kuò)壓器喉部Ma4數(shù)等于葉輪出口均勻流動(dòng)時(shí)氣流Ma2數(shù)，使用一組簡(jiǎn)單的氣體動(dòng)力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算Cp,2

33、m-4時(shí)，需要返回到葉輪的計(jì)算，以保證Ma2和Ma4是相匹配的。擴(kuò)壓器喉部堵塞因子B4是由喉部Ma數(shù)大小決定的，在B4確定后即計(jì)算獲得喉部Ma4數(shù)。擴(kuò)壓器出口壓強(qiáng)p5借助于擴(kuò)壓器喉部到出口的壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)計(jì)算獲得。 壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-采用經(jīng)驗(yàn)公式的設(shè)計(jì)方法擴(kuò)壓器計(jì)算上面給出了葉輪和擴(kuò)壓器的初步設(shè)計(jì)過程，對(duì)于整臺(tái)壓氣機(jī)，其初步設(shè)計(jì)過程是對(duì)壓氣機(jī)流道上一些截面，包括葉輪進(jìn)口、葉輪出口、擴(kuò)壓器入口、擴(kuò)壓器喉部、擴(kuò)壓器出口、渦殼進(jìn)口、渦殼出口建立一維方程。如果葉輪進(jìn)口有導(dǎo)葉，擴(kuò)壓器出口不是渦殼，而是彎管和回流器，則還應(yīng)該包括這些部件的計(jì)算。壓氣機(jī)的初步設(shè)計(jì)應(yīng)包括對(duì)一些參數(shù)的優(yōu)化過程，

34、對(duì)于葉輪初步設(shè)計(jì)，經(jīng)常選擇的優(yōu)化參數(shù)是葉輪半徑r2、葉片出口高度b2、出口葉片后彎角2B。優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)通常是級(jí)效率。壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-采用經(jīng)驗(yàn)公式的設(shè)計(jì)方法壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-借助于模型的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)方法這種設(shè)計(jì)方法就是把一些損失模型和一維連續(xù)方程、動(dòng)量方程和能量方程結(jié)合起來，在平均流線上對(duì)這些方程進(jìn)行求解，獲得一些主要特征截面上的主要幾何參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)。在這個(gè)過程中包括對(duì)一些特征截面的速度和速度三角形進(jìn)行優(yōu)化的過程，這些特征截面包括葉輪進(jìn)口、葉輪出口、擴(kuò)壓器入口、擴(kuò)壓器出口等等，其結(jié)果是對(duì)葉輪的主要幾何尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。 把優(yōu)化方法用于離心壓氣機(jī)的初步設(shè)計(jì)

35、研究是三種方法中最為復(fù)雜的方法。初步優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算以誘導(dǎo)輪進(jìn)口葉尖開始，在一定質(zhì)量流量前提下、轉(zhuǎn)速、進(jìn)口輪轂輪緣比的情況下保證進(jìn)口輪緣處的相對(duì)速度W1t最小，這時(shí)所對(duì)應(yīng)的進(jìn)口軸向速度為最優(yōu)進(jìn)口軸向速度。 壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-借助于模型的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在完成葉輪進(jìn)口截面幾何參數(shù)和氣動(dòng)參數(shù)計(jì)算后，進(jìn)行葉輪出口截面計(jì)算。壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-借助于模型的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)方法出口旋度比2m增加子午速度減小在質(zhì)量流量不變情況下，葉輪出口寬度b2增加2m較大情況下很難設(shè)計(jì)出具有較好性能的擴(kuò)壓器葉片前緣形狀。通常情況下，葉片后彎角每增加10，級(jí)效率會(huì)增加1%2%，具有3040后

36、彎角的葉輪在100%設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下的工作范圍比徑向葉輪的工作范圍要大一倍左右。在葉輪出口計(jì)算完畢后，進(jìn)行擴(kuò)壓器葉片前緣截面計(jì)算。對(duì)于一個(gè)完整的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，還應(yīng)包括進(jìn)口導(dǎo)葉和回流器。對(duì)于離心壓氣機(jī)，擴(kuò)壓器葉片和回流器葉片絕大多數(shù)情況下都采用二維形狀，因此同樣可以采用平均流線方法進(jìn)行初步優(yōu)化設(shè)計(jì)。平均流線設(shè)計(jì)方法在葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)中是不可缺少的工具。 壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-借助于模型的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單地說，借助于模型的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)最開始是誘導(dǎo)輪設(shè)計(jì)，然后開始葉輪出口設(shè)計(jì)。實(shí)際上，如果不考慮葉輪和擴(kuò)壓器之間的相互作用是很難準(zhǔn)確確定葉輪出口狀態(tài)。在初步設(shè)計(jì)中，對(duì)葉輪內(nèi)部必要的二次流動(dòng)

37、結(jié)構(gòu)及其滲混損失進(jìn)行考慮。使用損失模型計(jì)算各種損失，根據(jù)這些損失計(jì)算出壓氣機(jī)的效率。壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)模式和分析模式-借助于模型的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)方法基于載荷系數(shù)和流量系數(shù)的離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)方法目前已有的離心壓氣機(jī)設(shè)計(jì)程序都存在著一定的問題，比如選定葉輪半徑和葉輪轉(zhuǎn)速，而在初步設(shè)計(jì)時(shí)是無法選定這兩個(gè)參數(shù)的?；谳d荷系數(shù)和流量系數(shù)的離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)方法同樣是一種近似的計(jì)算方法，在計(jì)算過程中需要根據(jù)離壓氣機(jī)理論選定一些參數(shù)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小，缺點(diǎn)是在平均流線分析過程中需要對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。一臺(tái)離心壓氣機(jī)初步設(shè)計(jì)實(shí)例壓氣機(jī)軸向進(jìn)氣，進(jìn)口大氣壓強(qiáng)為98kPa，溫度為303K，軸向進(jìn)氣，壓

38、氣機(jī)壓比，空氣質(zhì)量流量為m，取長(zhǎng)葉片數(shù)目和短葉片數(shù)目分別為Z88，流量系數(shù)為，葉片后彎角2b30，出口絕對(duì)氣流角265，葉輪比轉(zhuǎn)速Ns，轉(zhuǎn)子總效率l，級(jí)總效率stage，葉輪進(jìn)口葉尖相對(duì)氣流角265。名稱計(jì)算公式單位計(jì)算結(jié)果壓氣機(jī)理想壓縮功kJ/kg117.7滑移因子0.866葉輪出口相對(duì)流動(dòng)角42.3載荷系數(shù)0.632實(shí)際壓縮功kJ/kg147葉輪出口旋轉(zhuǎn)速度m/s432進(jìn)口子午速度m/s151臨界聲速m/s318.5無量綱速度0.475壓比0.87溫比0.96葉輪進(jìn)口空氣密度kg/s1.021葉輪進(jìn)口體積流量m3/s 0.57葉輪轉(zhuǎn)速r/min71253葉輪出口直徑mm116葉輪進(jìn)口面積m

39、m23775葉輪進(jìn)口葉尖旋轉(zhuǎn)速度m/s296葉輪進(jìn)口葉尖半徑mm39.8葉輪進(jìn)口葉根半徑mm19.54葉輪進(jìn)口葉根旋轉(zhuǎn)速度m/s145葉輪進(jìn)口葉根氣流相對(duì)流動(dòng)角43.8葉輪進(jìn)口均方根半徑mm31.4葉輪進(jìn)口均方根半徑位置旋轉(zhuǎn)速度m/s233葉輪進(jìn)口均方根半徑位置相對(duì)流動(dòng)角57葉輪出口葉輪出口總壓kPa349葉輪出口絕對(duì)周向速度m/s273葉輪出口子午速度m/s127葉輪出口絕對(duì)速度m/s301葉輪出口滯止溫度K432葉輪出口靜溫K387葉輪出口靜壓kPa237葉輪出口氣流密度kg/m32.15葉輪出口面積mm22131出口葉片高度mm5.82從表1的計(jì)算結(jié)果可以看出，葉輪進(jìn)口輪轂和輪緣半徑比r

40、1h/r1s，接近r1h/r1s比值的上限值，進(jìn)口輪緣半徑和葉輪出口半徑比r1s/r2，同樣接近r1s/r2比值的上限值，基本滿足要求。初步幾何尺寸輸入到平均流線分析計(jì)算程序中，對(duì)由這些幾何尺寸組成的離心壓氣機(jī)進(jìn)行性能預(yù)測(cè)，由于所使用的損失模型不同于初步計(jì)算中的損失模型，因此平均流線分析計(jì)算結(jié)果和初步設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果之間可能存在一些偏差。下圖給出了幾種幾何尺寸下平均流線性能分析計(jì)算結(jié)果，每一條線上有五個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，中間數(shù)據(jù)點(diǎn)為設(shè)計(jì)流量點(diǎn)。在初步設(shè)計(jì)中確定的幾何參數(shù)情況下，計(jì)算的設(shè)計(jì)點(diǎn)總壓比為，低于設(shè)計(jì)目標(biāo)壓比，因此需要對(duì)一些幾何參數(shù)進(jìn)行修改。第二個(gè)方案是葉輪出口半徑增大到60mm，在這種情況下的壓氣機(jī)

41、壓比增大到，距離設(shè)計(jì)要求還低一些。為了進(jìn)一步提高壓比，在第三個(gè)方案中把葉輪出口后彎角由30減小到27，壓比增大到，達(dá)到壓比要求。從這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例可以看出如何通過修改一些幾何參數(shù)來調(diào)節(jié)壓氣機(jī)壓比，調(diào)節(jié)壓比的手段主要包括改變?nèi)~輪的旋轉(zhuǎn)速度、葉輪半徑、葉輪出口后彎角、葉輪進(jìn)出口面積比值等參數(shù)。擴(kuò)壓器的設(shè)計(jì)在很大程度上還依賴于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 壓氣機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用要求選擇使用什么樣的擴(kuò)壓器。當(dāng)要求壓氣機(jī)具有寬廣工作范圍時(shí)，要使用低稠度擴(kuò)壓器或無葉擴(kuò)壓器。使用低稠度擴(kuò)壓器和槽道擴(kuò)壓器時(shí)能獲得較高的壓氣機(jī)效率，帶有槽道擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)的工作范圍可能要小一些。擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)原則 當(dāng)出口

42、氣流進(jìn)入燃燒室或換熱器時(shí)，要求氣流具有盡可能小的周向速度，在這種情況下，采用槽道式擴(kuò)壓器更合適一些。如果擴(kuò)壓器下游連接的是蝸殼，那么允許擴(kuò)壓器出口氣流存在較大的周向速度，這時(shí)采用無葉擴(kuò)壓器是比較合適的的方案。對(duì)于流進(jìn)蝸殼氣流，氣流的徑向速度分量越大，所需要的蝸殼尺寸就會(huì)越大。在選擇擴(kuò)壓器類型時(shí)，我們不僅要考慮擴(kuò)壓器的工作范圍和效率方面的問題，而且還要考慮到擴(kuò)壓器下游部件對(duì)進(jìn)口流場(chǎng)，也就是擴(kuò)壓器出口流場(chǎng)的要求。 擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)原則 擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 無葉擴(kuò)壓器廣泛用于制冷壓縮機(jī)、過程壓縮機(jī)和渦輪增壓器壓氣機(jī)中，只要設(shè)計(jì)合理，就可以使無葉擴(kuò)壓器具有較高的靜壓恢復(fù)能力。無葉擴(kuò)壓

43、器由兩個(gè)平行壁面組成，形成一個(gè)環(huán)形擴(kuò)散通道。在結(jié)構(gòu)上無葉擴(kuò)壓器所具有的一個(gè)突出特點(diǎn)是沒有喉部面積存在，因此在擴(kuò)壓器內(nèi)不可能出現(xiàn)堵塞流動(dòng)現(xiàn)象，這也是采用無葉擴(kuò)壓器的離心壓氣機(jī)工作范圍寬廣的主要原因。和有葉擴(kuò)壓器相比，由于無葉擴(kuò)壓器不存在葉片和葉輪之間相互干涉而產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象，因此也就不存在由于兩者之間相互振動(dòng)而引起的疲勞失效現(xiàn)象。無葉擴(kuò)壓器有兩種基本結(jié)構(gòu)形式，一種是平行壁式結(jié)構(gòu)，另外一種是先經(jīng)過收縮段后再流進(jìn)平行段的結(jié)構(gòu)。后一種結(jié)構(gòu)由于氣流先流過收縮段，有助于氣體的穩(wěn)定流動(dòng)。擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 流經(jīng)擴(kuò)壓器的流動(dòng)可以用動(dòng)量距方程描述，即對(duì)于擴(kuò)壓器內(nèi)流動(dòng)，如果不考慮壁面的摩擦作用，則作用在氣

44、流上的力為零，因此有連續(xù)方程為隨半徑增大C 減小擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 (74) 由式(74)可以看出在無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流動(dòng)角主要是由密度和通道寬度決定的，如果認(rèn)為是不可壓流動(dòng)，且b保持不變，則3角保持不變，這意味著氣體微團(tuán)在無葉擴(kuò)壓器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡是對(duì)數(shù)螺旋線。 由于有摩擦力存在，動(dòng)量并不能保證守恒，而會(huì)產(chǎn)生一部分損失。通常情況下，這種損失可占總的動(dòng)量距的5%到15%。如果已知密度變化，可以由連續(xù)方程計(jì)算獲得子午速度分量，這樣就可以由式(74)獲得流動(dòng)角。 3角的變化由和b決定。 由式(74)可知，如果擴(kuò)壓器通道為收縮式通道，可以使氣流流動(dòng)角隨半徑增大而減小，這樣可以增強(qiáng)流動(dòng)穩(wěn)定性，擴(kuò)大穩(wěn)定

45、流動(dòng)范圍。 擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 Stanitz(1952)通過對(duì)一個(gè)進(jìn)口流動(dòng)角為76、半徑比為的無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部氣流流動(dòng)進(jìn)行理論研究發(fā)現(xiàn)，氣流在擴(kuò)壓器進(jìn)口和出口之間的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條360的弧線，因此擴(kuò)壓器流道越長(zhǎng)，所產(chǎn)生的摩擦損失也就越大。一般情況下，一個(gè)無葉擴(kuò)壓器的總壓恢復(fù)系數(shù)是。 對(duì)于可壓縮流動(dòng)，也即理想氣體，如空氣， 流動(dòng)角3 隨半徑增大是怎么變化的？氣流運(yùn)動(dòng)軌跡是什么情況？擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 隨著半徑的增大，壓強(qiáng)增加 密度也是增加的 沿?cái)U(kuò)壓器半徑方向上的流動(dòng)角也是增加的 而摩擦力的存在使C沿半徑增加方向上減小 流動(dòng)角沿半徑增加方向上有減小的趨勢(shì) 氣流運(yùn)動(dòng)軌跡還是接近于對(duì)數(shù)

46、螺旋線 下面研究擴(kuò)壓器進(jìn)出口面積比和半徑比對(duì)理想壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)的影響。假設(shè)為不可壓流動(dòng)，根據(jù)伯努利方程可以把理想壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)寫為擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 當(dāng)進(jìn)口流動(dòng)角為2時(shí)上式可發(fā)展為 式中AR是擴(kuò)壓器出口面積和入口面積之比，RR是擴(kuò)壓器出口半徑和入口半徑之比。圖18給出了擴(kuò)壓器入口流動(dòng)角2=65時(shí)Cpi和AR、RR兩個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。很明顯對(duì)于一個(gè)給定的面積比情況下，半徑比的增加對(duì)理想壓力恢復(fù)系數(shù)的影響很大，其影響遠(yuǎn)大于由擴(kuò)散型通道引起的流通面積增大帶來的影響。 擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 圖18 無葉擴(kuò)壓器理想壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)從式(75)可以看出2從0加大時(shí)，式(75)第二項(xiàng)顯著增大。擴(kuò)壓器半

47、徑比越大，壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)也越大。但擴(kuò)壓器流道的增長(zhǎng)反過來會(huì)引起壁面摩擦阻力的增加。Brown和布雷德肖(Bradshaw，1947)的研究結(jié)果表明當(dāng)擴(kuò)壓器半徑比由增加到時(shí)不會(huì)給擴(kuò)壓器性能帶來任何改善，也即擴(kuò)壓器半徑比超過一定值后，如果再增大它的半徑比，將不會(huì)帶來性能上的變化。 擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 (75)由于無葉擴(kuò)壓器在結(jié)構(gòu)和形狀上比較簡(jiǎn)單，因此在無葉擴(kuò)壓器的設(shè)計(jì)上可以采用理論分析方法。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的擴(kuò)壓器一應(yīng)保證有較高的壓力恢復(fù)系數(shù)，二要保證有一個(gè)寬廣穩(wěn)定的工作范圍。由于擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此可以采用一維流動(dòng)分析方法近似分析擴(kuò)壓器內(nèi)部流動(dòng)過程，這樣可以減小設(shè)計(jì)難度，提高設(shè)計(jì)效率。式(74

48、)沒有考慮無葉擴(kuò)壓器存在摩擦，為了更加充分地分析氣體在無葉擴(kuò)壓器內(nèi)部流動(dòng)過程，有必要對(duì)無葉擴(kuò)壓器建立考慮壁面摩擦的徑向動(dòng)量方程和切向動(dòng)量方程，并把切向動(dòng)量和連續(xù)方程、能量方程以及狀態(tài)方程在一起進(jìn)行求解。擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 Stanitz(1952)對(duì)無葉擴(kuò)壓器建立了一維流動(dòng)控制方程，在這個(gè)控制方程中考慮了摩擦的影響，其控制方程為徑向動(dòng)量方程 切向動(dòng)量方程連續(xù)方程其中為擴(kuò)壓器中線和軸向之間夾角，對(duì)于徑向方向上的擴(kuò)壓器，90。擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 如何確定Cf大小非常關(guān)鍵后面給出Cf的方法有了上述方程，就可對(duì)擴(kuò)壓器內(nèi)部流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行初步分析。如果假設(shè)壁面無摩擦，則Cf 0，切向動(dòng)量方程

49、可變?yōu)樽杂蓽u關(guān)系式，即式(73)。上述方程組可用Runge-Kutta法進(jìn)行積分求解。當(dāng)擴(kuò)壓器入口流動(dòng)均勻情況下一維流動(dòng)的計(jì)算結(jié)果是比較準(zhǔn)確的。為了獲得合理的計(jì)算結(jié)果，就必須給出合適的壁面摩擦系數(shù)，由于在無葉擴(kuò)壓器內(nèi)流動(dòng)即不是簡(jiǎn)單的入口流動(dòng)，也不是充分發(fā)展管流，因此很難依據(jù)流體力學(xué)已有的知識(shí)規(guī)定摩擦系數(shù)大小。 擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 Japikse(1982)建議使用式Cfk105/Re)計(jì)算摩擦系數(shù)，式中k取，在某些情況下k值還可取或。表1給出了一臺(tái)轉(zhuǎn)速為95,000r/min的渦輪增壓器在不同流量下k值的變化，可以發(fā)現(xiàn)同一個(gè)轉(zhuǎn)速下流量不同時(shí)k值是變化的。 質(zhì)

50、量流量(kg/s)k說明0.1160.025鄰近喘振0.2110.0150.2800.01130.3110.01230.3400.0148鄰近堵塞表1 不同流量下k值的變化確定Cf的方法Brown(1948)的研究結(jié)果表明擴(kuò)壓器內(nèi)的壁面摩擦系數(shù)比充分發(fā)展管流的壁面摩擦系數(shù)大2到3倍。Johnston和Dean(1966)認(rèn)為一個(gè)非軸對(duì)稱流動(dòng)的總壓損失是混合損失與等效的軸對(duì)稱流動(dòng)情況下壁面摩擦損失之和。 擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 Senoo和Kinoshita(1977)給出了一種求解擴(kuò)壓器內(nèi)流場(chǎng)的簡(jiǎn)化方法，這種方法是采用式(76)-式(78)，他把擴(kuò)壓器內(nèi)分成兩個(gè)流動(dòng)區(qū)域，即核心流動(dòng)區(qū)域和壁

51、面剪切層流動(dòng)區(qū)域，在核心區(qū)內(nèi)不考慮摩擦系數(shù)，對(duì)壁面剪切層流動(dòng)區(qū)使用邊界層方程進(jìn)行求解，對(duì)這兩個(gè)區(qū)域的方程進(jìn)行迭代求解。在計(jì)算中不再假設(shè)擴(kuò)壓器內(nèi)部流動(dòng)是對(duì)稱流動(dòng)，考慮了速度在入口存在的徑向和周向上的畸變。 擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 圖20給出了Cm和C速度分量的計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果。 從這兩張圖上可以看出，在擴(kuò)壓器入口段，速度分布可明顯分為核心流動(dòng)區(qū)和邊界層流動(dòng)區(qū)，隨著擴(kuò)壓器半徑增大，邊界層逐漸增厚以至最后合并在一起。從這個(gè)實(shí)例可以看出采用迭代方法可以得到比較滿意的速度分布的計(jì)算結(jié)果。值得注意的一點(diǎn)是計(jì)算時(shí)給出合理的擴(kuò)壓器進(jìn)口速度分布是獲得擴(kuò)壓器內(nèi)滿意的速度分布的一個(gè)重要前提。 圖20 擴(kuò)壓器內(nèi)

52、速度分布計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果擴(kuò)壓器初步設(shè)計(jì)-無葉擴(kuò)壓器 優(yōu)點(diǎn)：使擴(kuò)壓器在較短的流道長(zhǎng)度情況下具有一定的擴(kuò)壓能力減小了擴(kuò)壓器的流道長(zhǎng)度，也即減小了擴(kuò)壓器的半徑比，因此減小了壓氣機(jī)的尺寸可以控制出口氣流流動(dòng)方向，這樣可以更好地和下游蝸殼或者回流器相匹配缺點(diǎn)：使壓氣機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下的效率比采用無葉擴(kuò)壓器的效率要低使壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍減小壓氣機(jī)的制造成本也會(huì)提高有葉擴(kuò)壓器 主要原因是因?yàn)閿U(kuò)壓器葉片攻角的影響。一般渦輪增壓器不采用有葉擴(kuò)壓器，也是因?yàn)橛腥~擴(kuò)壓器的采用不能保證渦輪增壓器有一個(gè)很寬的工作范圍。 下面分別對(duì)兩種常用的有葉擴(kuò)壓器進(jìn)行一種是氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器，另外一種是槽道式擴(kuò)壓器說明。有葉擴(kuò)壓器

53、有葉擴(kuò)壓器-氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器 氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器主要用于空氣壓縮機(jī)、機(jī)車、輪船、燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)等裝置上。氣動(dòng)葉型擴(kuò)壓器葉片的設(shè)計(jì)主要依靠把軸流壓氣機(jī)葉柵轉(zhuǎn)換為徑向葉柵。因此，絕大多數(shù)氣動(dòng)葉型擴(kuò)壓器葉片都是以NACA在1940年至1960年間作的軸流壓氣機(jī)葉柵實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。帕米普倫(Pampreen，1972)、Senoo(1983)、Japikse(1984)和Senoo(1984)給出了關(guān)于氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器的數(shù)據(jù)庫(kù)。 氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器可分成低稠度擴(kuò)壓器和高稠度擴(kuò)壓器，低稠度擴(kuò)壓器沒有明顯的喉部存在。氣動(dòng)葉型擴(kuò)壓器還有單排葉片形式和多排葉片形式。這種擴(kuò)壓器稠度為，葉片出口與進(jìn)口半徑比值

54、范圍為。對(duì)于壓氣機(jī)壓比在25范圍內(nèi)擴(kuò)壓器稠度取值在1左右，當(dāng)壓氣機(jī)級(jí)壓比大于5時(shí)，擴(kuò)壓器稠度值應(yīng)更大一些。擴(kuò)壓器入口攻角在設(shè)計(jì)工況下為67。這種形式擴(kuò)壓器具有較高的壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)及較寬廣的工作范圍，因此得到廣泛的應(yīng)用。 有葉擴(kuò)壓器-氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器 氣動(dòng)葉型擴(kuò)壓器可以由單排葉片組成，也可以有兩排葉片甚至多排葉片組成。氣動(dòng)葉型擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)包括流道幾何設(shè)計(jì)，如葉片進(jìn)出口半徑，葉片槽道高度、擴(kuò)壓器葉片進(jìn)出口角度，選擇合適的葉片型狀。第一排葉片的主要作用是減小氣流馬赫數(shù)，通常使用NACA65-(4A10)06葉型，這種葉型轉(zhuǎn)折角小，葉型前緣所處位置的馬赫數(shù)在0.8 左右，葉片出口馬赫數(shù)在范圍內(nèi)，葉片的擴(kuò)散

55、因子小于。第二排擴(kuò)壓器葉片常選用65-(12A10)10葉型，這排葉片主要作用是減小氣流在周向上的速度分量，這一排葉片的擴(kuò)散因子也在左右。第三排葉片通常位于90彎管后面，這排葉片的主要作用是消除氣流旋轉(zhuǎn)因素，所選用的葉型多為65-(21A10)10葉型。在這排葉片出口氣流與軸向大約存在著30的夾角，對(duì)于后面接有燃燒室的情況，這個(gè)角度是合理的。有葉擴(kuò)壓器-氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器 在葉輪葉片出口和擴(kuò)壓器葉片之間的無葉擴(kuò)壓器段高度通常保持不變。擴(kuò)壓器進(jìn)口流動(dòng)狀態(tài)是由無葉擴(kuò)壓器決定的。在設(shè)計(jì)中擴(kuò)壓器入口與出口半徑比是選定的，擴(kuò)壓器是采用收縮形式還是采用平行壁形式，則是由擴(kuò)散因子D的大小決定的。 在設(shè)計(jì)中往往

56、會(huì)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散因子較大，出現(xiàn)這種情況時(shí)可以采用下面幾種方法減小擴(kuò)散因子，一是減小擴(kuò)壓器葉片出口與進(jìn)口葉片高度比，也即減小葉片出口高度，葉片排出口葉片高度決定出口面積，因此會(huì)影響到擴(kuò)散因子大小，這也是最常用的方法；二是增加葉片數(shù)目；三是加大葉片的安裝角。 有葉擴(kuò)壓器-氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器 擴(kuò)壓器葉片排出口與進(jìn)口半徑比通常在左右第一排擴(kuò)壓器葉片排進(jìn)出口半徑比在之間第二排擴(kuò)壓器葉片排進(jìn)出口半徑比在之間擴(kuò)壓器葉片的擴(kuò)散因子取值在范圍內(nèi)，更具體地說：第一排擴(kuò)壓器葉片擴(kuò)散因子在范圍內(nèi)第二排葉片的擴(kuò)散因子在范圍內(nèi)第三排葉片是消旋葉片，進(jìn)口氣流馬赫數(shù)很低，因此可以采用較高的擴(kuò)散因子值，擴(kuò)散因子的取值范圍在之間。 有葉

57、擴(kuò)壓器-氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器 在設(shè)計(jì)過程中對(duì)每一排擴(kuò)壓器葉片高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)解過程中應(yīng)盡量保持?jǐn)U壓器壁面連續(xù)光滑變化。葉片形狀有葉片中線形狀(或升力系數(shù)C10)，葉片厚度分布，入口葉片角度，入口設(shè)計(jì)攻角來確定。第一排葉片升力系數(shù)為，第二排葉片升力系數(shù)為，第三排葉片升力系數(shù)達(dá)左右。氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器的主要優(yōu)點(diǎn)是可以保證壓氣機(jī)的流量范圍足夠大，其主要缺點(diǎn)是制造成本高，設(shè)計(jì)所依據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)還非常有限。有葉擴(kuò)壓器-氣動(dòng)葉型式擴(kuò)壓器 在各種類型的擴(kuò)壓器中，槽道擴(kuò)壓器使用的時(shí)間最長(zhǎng)。在1950年到1980年期間，槽道擴(kuò)壓器得到了廣泛的研究，有大量研究結(jié)果得以公布，這些成果為槽道擴(kuò)壓器的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。流體在擴(kuò)壓

58、器內(nèi)部流動(dòng)過程可以分成三個(gè)區(qū)域，即無葉擴(kuò)壓器區(qū)域，半無葉擴(kuò)壓器區(qū)域和槽道區(qū)。有葉擴(kuò)壓器- 槽道擴(kuò)壓器(1)槽道區(qū) 所謂槽道區(qū)，是指從擴(kuò)壓器喉部到擴(kuò)壓器出口區(qū)域。影響槽道擴(kuò)壓器的關(guān)鍵參數(shù)是邊界層的位移厚度，也即邊界層產(chǎn)生的阻塞效應(yīng)，擴(kuò)壓器喉部邊界層位移厚度的大小直接決定著壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)的大小。 圖23是峰值壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)隨展弦比和進(jìn)口阻塞因子的變化，同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)進(jìn)口附面層阻塞因子對(duì)高展弦比擴(kuò)壓器還是對(duì)低展弦比擴(kuò)壓器的壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)影響。 圖23 喉部阻塞因子和展弦比對(duì)壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)的影響有葉擴(kuò)壓器- 槽道擴(kuò)壓器Runstadler等人對(duì)多個(gè)擴(kuò)壓器在不同入口流動(dòng)情況下的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，分別給出了入口

59、阻塞因子、馬赫數(shù)、Re數(shù)變化時(shí)展弦比為、和擴(kuò)壓器的性能曲線。圖24給出了結(jié)果其中的一個(gè)，這些數(shù)據(jù)可以用來設(shè)計(jì)槽道擴(kuò)壓器。 有葉擴(kuò)壓器- 槽道擴(kuò)壓器圖24 典型的擴(kuò)壓器性能圖長(zhǎng)寬比無葉區(qū)和半無葉擴(kuò)壓器區(qū) 流量影響著堵塞效應(yīng)的大小。在高流量情況下，在擴(kuò)壓器喉部前面，氣流的流通面積是減小的，因此氣流進(jìn)行的流動(dòng)類似于在收縮噴管中亞音速氣流的加速流動(dòng)，這種流動(dòng)不會(huì)在喉部產(chǎn)生較大的堵塞效應(yīng)，在低流量情況下，氣流的流通面積在擴(kuò)壓器喉部前面是增大的，因此氣流的流動(dòng)類似于在擴(kuò)張噴管中的減速擴(kuò)壓流動(dòng)，這種流動(dòng)很容易在擴(kuò)壓器喉部產(chǎn)生較大的堵塞效應(yīng)。換句話說，擴(kuò)壓器進(jìn)口馬赫數(shù)越大，擴(kuò)壓器喉部產(chǎn)生的阻塞效應(yīng)越小，擴(kuò)壓器進(jìn)口馬赫數(shù)越小，擴(kuò)壓器喉部產(chǎn)生的阻塞效應(yīng)越大。 擴(kuò)壓器前緣所在圓半徑大小對(duì)離心壓氣機(jī)性能有相當(dāng)大的影響。如果半徑比過小，會(huì)產(chǎn)生下面問題：使噪音增大；(b) 使葉輪出口及擴(kuò)壓器葉片前緣的振動(dòng)增大，從而導(dǎo)致應(yīng)力增加；(c) 加劇了擴(kuò)壓器葉片和葉輪之間的氣動(dòng)干涉現(xiàn)象；擴(kuò)壓器葉片前緣馬赫數(shù)增大。 如果使擴(kuò)壓器葉片前緣與葉輪出口之間