● 摘要
燃气轮机具有高效、可靠、结构紧凑等优点，在能源和军事工业中占据十分重要的地位；作为燃气轮机的关键部件，离心压气机的研发和应用正在成为国内外重点研究的方向之一。离心压气机中的径向扩压器对提高整机性能发挥着举足轻重的作用，本文利用数值模拟技术，在离心压气机级环境下，对高负荷离心压气机径向扩压器的设计技术进行研究，重点关注了低稠度扩压器及其串列扩压器技术。 本文首先通过给定径向扩压器出口不同的环量分布，并通过二维数值模拟，比较其在不同马赫数下的攻角特性，确定了径向扩压器在本文所采用的离心级参数下的最佳出口环量，并将其作为各种扩压器比较的基础。 在离心压气机级环境下，研究了常规径向扩压器的负荷分布规律的影响。比较了径向扩压器前加载、后加载以及叶根前加载叶尖后加载三种负荷分布对离心压气机总体性能的影响，并通过对比分析扩压器内二次流等参数，讨论了负荷分布影响的内在机制。对比计算结果表明，叶根前加载、叶尖后加载的负荷分布形式能够降低扩压器的流动损失，能够获得更好的离心压气机总性能。 对低稠度扩压器进行了较为细致的研究。数值模拟结果表明，低稠度扩压器由于减小了喉道的影响，使其流通能力增加，能够改善径向扩压器的工作范围。本文通过对六组低稠度扩压器进行二维数值模拟，研究了叶片稠度和叶片数对低稠度扩压器性能的影响，确定了直板叶型扩压器的最佳稠度，为下一步的串列扩压器研究打下了基础。 在低稠度扩压器的基础上，本文提出并研究了低稠度串列扩压器。二维和三维数值模拟结果表明，与常规扩压器相比，低稠度串列扩压器的扩压器能力要明显优于常规扩压器，且其工作范围也有一定的增加。