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叶片式扩压器改型设计及周向非均匀布局应用研究

吴军腾  
【摘要】:离心压气机是航空/地面/船用燃气轮机和车/船用涡轮增压器的主要部件,其性能水平直接决定了国民经济的高效性和国防装备的先进性,向来是世界各国科技实力的象征之一。提高效率、挖掘负荷能力、拓宽工作裕度是压气机技术发展的一贯趋势,现如今叶轮已被人们广泛而深层次的研究,关于叶轮的改进已很难再取得跨越性的进步,但扩压器的研究尚不够深入,因此,扩压器正引起越来越多的人的关注。本文利用Numeca软件针对某带叶片式扩压器的离心压气机进行数值模拟,在对原型特性及流动开展详细分析的基础上,主要开展了以下研究工作:首先,研究了扩压器叶片数对压气机气动性能的影响,原型扩压器为16片,分别考察15片、17片和18片的改型性能,结果表明当叶片数为17的时候效果最佳,与原型相比峰值效率由84%提高到84.3%,提升了0.3个百分点,压比由4.68提高到4.81。其次,在扩压器叶片数为17的基础上对扩压器叶片的二维设计参数分别进行优化设计:排间间距、安装角以及中弧线和厚度分布。结果表明:当排间间距由1.15变成1.1时效果最佳,峰值效率提升了0.26个百分点;当安装角-3°的时候效果最佳,流量裕度可增加0.1kg/s;在扩压器叶片数为17的基础上对扩压器叶片的端区进行叶身/端壁融合处理,共实施了15个改型设计方案。结果表明:适当的融合设计可增加流量裕度。最后,本文关注了蜗壳部件引起的离心压气机内周向非均匀流动,在分析原型级周向非均匀流动特点之后,开展了两类8种非均匀布局方案设计,结果表明:通过在高背压区域增加一片叶片并调整栅距设计的非均匀布局方案与原型相比效率提高0.5%,压比略有提升,但裕度略有降低;非均匀布局方案通过改变部分通道出口静压差异、不同展高低速区等方式改进性能。


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