文档介绍：借助图9,定性地给出了扩压器内部气团的运动轨迹,其中曲线o-t代表理想情况下气团在揳形扩压器内的流动,是气团在扩压器内可能出现的运行轨迹的上限,曲线o-q代表气团在气动叶形扩压器或弯曲叶形扩压器中的运行轨迹。曲线o-s代表气团在无叶扩压器内部流动轨迹。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
理想状态下,气团在无叶扩压器内的运行轨迹是对数螺旋线,这条运行轨迹是气团在扩压器内运行的下限。对于半径比为2,入口流动角为6时,气团从扩压器入口运动到扩压器出口,将近似旋转一周。由于在壁面存在着粘性阻力,会产生较高的摩擦损失,因此无叶压器的压强恢复能力明显要比有叶扩压器的压强恢复能力低一些。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
通常情况下无叶扩压器压升系数低于有叶扩压器所能获得的压升系数。对于无叶扩压器,当2角较小情况下,即使在一个较短的扩压器内,气流也要经过一个较长的距离才能从扩压器的入口运动到扩压器的出口。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
由图10关于Elder和Foster[1987]的研究成果可以看出,对于一个半径比为2的扩压器,入口角度为5时,气流在离开扩压器前将在周向上旋转400左右,由此产生较高的摩擦损失,因此扩压器内获得的实际压升将远小于理想情况下能够获得的压升。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
图10 无叶扩压器内质点运动轨迹
另一方面,无叶扩压器更适合于非设计工况,因为叶轮出口绝对气流角2可以在一个较宽的范围内变化,对于无叶扩压器不象有叶扩压器那样存在着进口攻角问题。
只有当径向绝对速度Ma数大于1时才会在无叶扩压器内出现堵塞流动现象,而对于有叶扩压器由于存在喉部,明显比无叶扩压器更容易出现堵塞流动现象。
Dean[1976]对无叶扩压器和有叶扩压器内部流动现象进行了研究,发现相对于有叶扩压器内部流动而言,无叶扩压器内更容易出现由扩压器向叶轮内部反向流动现象。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
如果采用收缩式扩压器,那么就会使径向速度沿半径方向上减小更缓慢一些,而切向速度和原来一样减小,这样导致平均流动方向更倾向半径方向,因此会使气流在扩压器内流动距离缩短,流动距离缩短的好处就是使损失下降。也就是说,改变扩压器宽度会对壁面摩擦损失产生很大影响。收缩式扩压器的另外一个好处是使流动方向更倾向于径向方向,从而使压气机更不容易出现旋转失速现象。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
Yingkang和Sjolanger(1987)在他们的文献中给出了5个不同叶片形状扩压器对压气机气动稳定性影响的研究结果,这5个无叶扩压器的两个壁面具有小扩张角形状和较大收敛角形状。
研究结果:
壁面收缩扩压器压升随流量变化斜率为负,这标志着扩压器具有稳定的扩压特性。
在中间流量下,收敛角的扩压器(也是试验中具有最大收敛角的扩压器)具有最高的压强恢复系数。
而在最大流量下,收敛形扩压器的压强恢复系数明显减小。
他们还发现扩压器采用收敛形状时,可以改善扩压器出口流动的均匀性,并且收敛形扩压器还可以对扩压器内的反向流动起到抑制作用,从而延迟了扩压器内旋转失速现象的发生。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
Rodgers(1982b)对15种不同尺寸的无叶扩压器进行了试验研究。扩压器宽度在径向保持不变,且D2/D1,图11给出了根据Rodgers试验结果画出的压强恢复系数和入口径向速度与切向速度之比Cm2/C2之间的关系曲线。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
Cm2/C2
图11 不同b/D2值下无叶扩压器相对平均入口旋度参数
变化对静压力恢复的影响r5/r3=
横坐标代表质量流量
1对于扩压器宽度b/D2>, 当入口流动角相同情况下,绝大多数扩压器具有几乎相同的压强恢复系数。
Cm2/C2
图11 不同b/D2值下无叶扩压器相对平均入口旋度参数
变化对静压力恢复的影响r5/r3=
横坐标代表质量流量
无叶扩压器-无叶扩压器特性
几点结论:
2在扩压器宽度较小的情况下,即b/D2<,会引起扩压器性能下降。
3 随着Cm2/C2的增加,压强恢复系数上升
随着Cm2/C2的增加,压强恢复系数上升
当流动方向更倾向于切向情况下,扩压器的扩压能力下降。
无叶扩压器-无叶扩压器特性
为什么?
这种现象可以简单地解释为:当Cm2/C2较小的情况下,气流在扩压器内的流动轨迹延长,因此使壁面摩擦损失增加,从而使扩压器的压强恢复能力下降。