涡轮机中环形扩压器流动性能分析工程方法

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1、第43卷第2期2013年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．2Mar．2013涡轮机中环形扩压器流动性能分析工程方法杨鹏，吴虎，杨金广(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：归纳和整理了现有环形扩压器性能分析模型，并将模型预测结果与若干种环形扩压器性能实验数据进行了比较，结果表明模型预测结果与对应实验数据一致性还是比较好的。在此基础上，应用所发展模型对某大涵道比涡扇发动机高／低压涡轮过渡流道环形扩压器进行了优化设计，最终获得的过渡流道环形扩

2、压器性能指标与拟达到的性能指标比较符合，进一步表明了所给模型作为初步的涡轮机中环形扩压器设计设计与性能分析模型是可行的。关键词：环形扩压器；压力恢复系数；总压损失系数；涡轮过渡流道中图分类号：V233文献标识码：A文章编号：1671—654X(2013)02—0041—03AMethodforPredictingAnnularDiffuserPerformanceinTurbo—machinesYANGPeng，WUHu，YANGJin-guang(SchoolofPowerandEnergy，Northweste

3、rnPolytechnicalUniversity，Xi7an710072，China)Abstract：Amethodforpredictingtheperformanceofannulardiffusersinturbomachineryispresented．Themethodisbasedonthemodelofone-dimensionalflow．Thepredictionsfromthismodelareinbetteragreementwithavailableexperimentaldatafor

4、avarietyofannulardiffusergeometriesInadditionacom·puterprogramhasbeendeveloped，allowingthismodeltechniquetobereadilyappliedtothedesignofin-termediateturbineduct(ITD)inhighbypass—ratioturbofanengines．Ithasbeenfoundthatgoodper-formanceobjectsofITDmaybeobtained．K

5、eywords：annulardiffuser；pressurerecoverycoefficient；totalpressurelosscoefficient；intermediatetur-bineduct引言众所周知，在涡轮机和许多流体机械装置中，环形扩压器是一种常用的重要部件。如燃气涡轮机中连接压气机出口——燃烧室的环形扩压器、高低压涡轮间的过渡流道等，尤其是近年来随着对民用大涵道比涡扇发动机性能要求不断提高，其低压部件尺寸与核心机尺寸之间的差异日趋显著，使高／低压涡轮之间的涡轮过渡通道(Intermedi

6、ateTurbineDuct，ITD)的设计就成为了关键。其中美国NASA的超高效率发动机技术(UEET)更是把研究径向迅速增加的过渡通道(Ag-gressiveTransitionDuct，ATD)作为提高发动机经济性的重要手段之一¨J。从气动原理上，高／低压涡轮之间的涡轮过渡流道属环形扩压器。自20世纪60年代以来，已有诸多学者对此类扩压器的设计和流动性能分析展开了大量理论与实验研究心。12

7、，并已取得了卓有成效的研究成果。由于近年来随着对ITD设计技术要求的提高，进一步深入理解环形扩压器流动机理，以设计高效A

8、TD又成为大涵道比涡扇发动机重点研究课题之一。为系统总结与归纳已有相关环形扩压器研究结果，并进一步为设计高效环形扩压器提供技术基础，本文也在该领域开展了相应研究，以期为设计高效环形ITD扩压器奠定基础。1环形扩压器模型本文研究旨在建立环形扩压器流动性能分析工程方法，故模型研究中的流动控制方程均建立在流道中线上的。对于环形扩压器，其质量守恒方程为：27rrbpC。(1一B)=2啊rri6护iC。。(1一日i)(1)对于如图l所示的微元控制体，沿切向动量矩和沿子午向动量守恒方程分别为：收稿日期：2012—12—15基金

9、项目：国家自然基金项目资助(51076131)作者简介：杨鹏(1986一)，男，甘肃酒泉人，硕士研究生，主要研究方向为航空发动机叶轮机械气体动力学。·42·航空计算技术第43卷第2期一2玎口：pbCm1d(rFCo)(2)一上P粤dm一2等：鱼／-_Cm孥(3)一——一一Z——=一一I』一I．)JDdm其中壁面剪切应力由下式确定：下：c，咩(4)因此有：铲c