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摘 要

扩压通道是流体机械与航空发动机中的重要部件，起到一个对高速气流进行减速增压的作用，以此来减少能源的消耗。

尽管国内外对扩压通道的研究十分充足，但是扩压通道仍具备可研究的价值。同时，越来越多的学者开始研究扩压通道的多通道方法和抽气式方法。所以，本文在前人研究的基础上分析出影响扩压通道扩压效果的两个因素：结构参数（扩张比）、气动参数（入口马赫数）。主要选择了静压恢复系数和总压损失系数这两个因变量作为衡量扩压通道扩压效果的参数。

数值模拟的结果表明：

1. 扩张角的大小直接影响了扩压通道减速扩压的效果：当扩张角没有达到最佳扩张角时， 扩压通道的静压恢复系数随着扩张角的增大而增大，总压损失系数随着扩张角的增大而减小；当扩张角超过最佳扩张角后继续增大时，恰好相反。
2. 在本文研究的马赫数范围内:马赫数不停增加，其总压损失系数也在不停增加。

关键词：扩压通道、数值模拟、静压恢复系数、总压损失系数

Abstract

Diffuser channel is an important part of fluid machinery and aero engine, which plays a role of decelerating and pressurizing high-speed airflow to reduce energy consumption.

Although there are enough researches on diffuser channels at home and abroad, the diffuser channels still have the value to be studied. At the same time, more and more scholars begin to study the divergent channels multi-channel method and extraction method. So, on the basis of previous studies, this paper analyses the influence channel expansion pressure diffusion effects of two factors: the structural parameters (expansion ratio), the aerodynamic parameters (inlet Mach number). Lord chose the static pressure recovery coefficient and the total pressure loss coefficient as a measure of the two dependent variables diffusion channel expansion pressure effect of the parameters.

Numerical simulation results show that:

(1) the size of the expansion Angle, directly affects the diffusion channels, slow diffusion effect: when the expansion Angle did not reach the best expansion Angle, expanding channels of static pressure recovery coefficient increases along with the expansion of home, total pressure loss coefficient decreases with the increase of divergence Angle; When the expansion Angle exceeds the optimal expansion Angle and continues to increase, the opposite is true.

(2) In the range of Mach number studied in this paper, the Mach number keeps increasing, and the total pressure loss coefficient also keeps increasing.

Key words: diffuser channel； numerical simulation； static pressure recovery coefficient,；total pressure loss coefficient

目录

摘要 2

Abstract 3

第一章 绪论 6

1.1 研究背景 6

1.2 国内外研究现状 7

1.2.1 典型扩压器的分类 7

1.2.2 扩压通道数值模拟方法（CFD）的研究现状 8

1.3 本文研究内容、思路和技术方法 10

1.3.1 研究内容 10

1.3.2 研究思路 10

1.3.3 技术方法 11

第二章 典型扩压器的气动方案设计 12

2.1典型扩压器的气动设计方法 12

2.1.1 扩张角 θ 方法 12

2.1.2 多通道方法 12

2.2 本文扩压通道的气动方案设计 12

2.3 本章小结 13

第三章 扩压通道的数值仿真方法 14

3.1 控制方程 14

3.2湍流模型 15

3.2.1 标准k-ε模型 15

3.2.2 SST k-模型 16

3.3 扩压通道的网格划分 16

3.4 本章小结 16

第四章 典型扩压器的流动特性数值研究 17

4.1 扩压通道的计算模型和边界条件 17

4.1.1 扩压通道的计算模型 17

4.2 CFD方法的有效性分析 18

4.3 流场特性的计算结果与分析 18

4.3.1不同结构参数和入口条件下的结果与分析 18

4.3.2 扩压器中的流动分离现象 23

4.4本章小结 23

第五章 总结与展望 25

5.1 本文总结 25

5.2 展望 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1 研究背景

离心式流体机械对流体进行增压主要是把机械能转化为流体的能量，离心式流体机械的主要构成：流体流入通道、叶轮、扩压器、流体出口蜗壳等^[1]。国内流体机械方面节能减排科学技术虽已略显发展成效，但是，相比国外一些发达国家，仍有差距存在，特别是在压缩机、风机及水泵节能方面略显不足^[2]。我国要建设节能化社会,需要提高能量的转化效率^[2]以进一步的实现流体机械的节能要求。另一方面，在设计现代航空发动机时，压气机都具有很高的压比^[3]，因此气流在离开压气机进入燃烧室的时候具有很大的轴向速度使得燃烧不够充分，同时导致了约百分之二十的总压损失。

扩压通道在在离心式流体机械中有着十分重要的作用。一方面是将离心式流体机械中的流体进行减速，使动能有效地转化为压力能，另一方面将更多的气体收集并引导以减少其损失。因此，扩压器的能量转换效率十分重要，决定了离心式流体机械的整体性能^[1]。对于航空发动机来说，扩压通道安放于压气机和火箭筒的入口之间，逐渐增加流通面积以降低气流速度，只有气流速度较低时才能提高燃烧效率，降低总压损失，最终达到提高经济效益和发动机动力的作用^[4],所以扩压通道的扩压效果是影响发动机动力的一个重要因素。在扩压通道中流体流动会有一定的能量损失，一般来讲能量损失主要包括摩擦损失和分离损失等。流体流动时与流道壁面发生摩擦所产生的消耗称为摩擦损失，因此，扩压通道的长短决定了摩擦损失的大小。分离损失是由流通面扩大时在流道壁面处出现倒流和旋涡区即流动分离产生的，所以为了减少分离损失需要对扩压通道的扩张角有一定的要求。

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