弯道气体流动分析和优化

气体在弯道中的流动由下列两部分组成。

1）气体绕O-O轴（转子轴线）按动量矩不变的规律（c_uD=定值）做圆周方向的流动，这部分圆周方向的分速度c_u如图4-14所示，它随着直径D的增大成反比地下降。从扩压器的出口D₄到回流器进口D₅，如果忽略弯道中摩擦阻力的影响，则可把回流器进口的圆周分速度c_5u表示为

在一般情况下D₅≈D₄。因此，回流器进口气流圆周分速度c_5u将与扩压器出口圆周分速度c_4u大致相同，并将沿着回流器叶片进口速度方向上不变，即

c_5u≈c_4u

2）气体绕O点做转弯流动，转弯流动的分速度为c_m。如图4-15所示，由于气流转弯时的离心力作用，使气流绕O点的转弯线速度c_m按照动量矩不变的规律（c_mR=定值），随着半径R的增大而减小。也可表示为

图4-15 气流绕弯道S点的转弯流动

上述两种流动合在一起以后，回流器的进口将如图4-16所示，沿叶片宽度的气流出现大小方向变化的流动。在忽略壁面摩擦阻力的情况下，越靠近R₁的部分流速越大，气流方向角α₅也越大，越靠近R₂的部分流速越小，气流方向角α₅也越小。

现在可以对上述两种流动的实际情况作如下的分析。

图4-16 回流器进口气流分布

1）气流在弯道中作转弯流动，使流入回流器的气流沿回流器叶宽作不均匀的分布，而这种不均匀的分布造成气流流入回流器的有效平均方向角α₅增大（比扩压器出口气流方向角要大）。(www.xing528.com)

2）由于实际弯道中的壁面具有摩擦阻力，必将减小气流的圆周分速度c_u，回流器进口处的气流圆周分速度c_5u可表示为

式中 K_阻——壁面阻力对气流动量矩影响的修正系数，K_阻＞1。

这种摩擦阻力的影响，使回流器进口的圆周分速度c_5u减小，也就会使进口气流方向角α₅增大。

由于上述壁面摩擦阻力和弯道转弯的影响，将使回流器的气流方向角α₅比扩压器的出口气流角α₄要大，即α₅＞α₄。

对于无叶扩压器后的回流器来说，考虑到上述气流方向角增大的原因，回流器进口气流方向角α₅（即回流器的叶片进口安装角α_5A）可按下列半经验公式求取：

式中 R₁、R₂——弯道的内、外半径（m）；

q_Vj——压缩机段的进口体积流量（m3/s）。

对于叶片扩压器后的回流器来说，气流在回流气中的流动是大致相同的，即由于弯道中的摩擦阻力和气流转弯的影响，会使气流进入回流器的方向角α₅比叶片出口的真实气流角α₄要大些。而叶片扩压器安装角α_4A也比真实气流的方向角α₄要大些。由试验结果和实际经验可知，对于回流器进口宽度b₅与叶片扩压器出口宽度b₄之间的关系，当回流器叶片进口安装角α_5A取得与叶片扩压器的出口安装角α_4A大致相同时，即α_5A≈α_4A，可使压缩机级获得较高的效率。因此，在叶片扩压器后的回流器叶片进口安装角α_5A，可取得与叶片扩压器出口角α_4A相同。

为了使回流器的进口气流较均匀，以减少回流器和弯道中的流动损失，可以适当地采用大的弯道曲率半径（即采用较大的弯道内外径R₁、R₂）。同时也采用回流器进口宽度b₅略微小于扩压器出口宽度b₄的收缩形式，来改善气流在弯道中的流动均匀性，因此，一般可把回流器的进口宽度b₅取为