低损失突扩扩压器设计与性能优化研究

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扩压器作为连接高压压气机和燃烧室进口的关键部件,能够增压减速、降低流动损失,使燃烧稳定,提高发动机效率。  本文采用实验和数值模拟结合的方法对突扩扩压器进行了深入的研究,利用水槽PIV设备,采集扩压器内部的速度场信息与不同计算模型的计算结果对比,确定最佳的计算模型,确定出雷诺应力模型预测的扩压器流场信息与实验数据吻合的最佳;通过改变前置扩压器扩张角、突扩间隙等几何参数,研究了几何参数对扩压器性能的影响,并提出了计算总压损失和静压恢复的经验公式,利用该公式可以计算最佳扩张角、前置扩压器是否存在分离等重要信息。  研究表明大部分静压恢复发生在前置扩压器,大部分总压损失发生在突扩区。为了增大静压恢复系数缩短扩压器长度,可以增大前置扩压器扩张角,但扩张角增大到一定值时,前置扩压器会出现分离,造成扩压器内的流动恶化,总压损失增大。  为了避免扩压器的分离,本文引入涡流发生器,布置在前置扩压器分离区域,结果表明,涡流发生器能够有效的延缓壁面的分离,使总压损失降低5%。为了降低总压损失,在突扩区加入引气装置,结果表明引气装置可以改善突扩区的流动,使火焰筒附近的速度分布更加均匀,总压损失降低。但应该注意控制引气量,当引气量过大时,会增大扩压器总压损失。风洞实验表明,在突扩区加入引气装置是行之有效的,引起量应控制在总引气量的0.5%,可以使突扩扩压器总压损失降低20%。由以上研究可以确定涡流发生器和可控涡方案对改善扩压器性能是行之有效的。
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