[发明专利]基于总压损失控制的前置扩压器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空燃气涡轮机，尤其是涉及一种基于总压损失控制的前置扩压器设计方法。

背景技术

航空燃气涡轮机主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、喷管等部分构成。空气由进气道进入燃气轮机后，首先由压气机加压成高速高压气体，压气机出口速度可达120～300m/s，若该股气流直接进入燃烧室，由于气体流速过快，燃气轮机是很难点火成功的，为组织稳定可靠的燃烧，一般要求在旋流器前应减速到40～60m/s，通过在压气机出口及燃烧室进口之间安装扩压器可以达到减速的目的，从能量守恒的角度出发，在流体减速扩压过程中，要求扩压器总压损失尽可能小，否则燃气轮机整体做功能力将大幅下降。

燃气轮机燃烧室现在相当多的采用突扩扩压器扩压器，其具有长度短且对进口流场不敏感的优点，但是其内张角变化较快时，流体边界层易分离，静压恢复能力差，使得气流做功能力降低，燃气轮机整体推力下降。因此，在突扩扩压器设计前期，运用一定的方法对总压损失及边界层流动分离情况进行可靠预估，对降低设计成本、提高设计可靠性以及设计出高性能的突扩扩压器扩压器是非常有必要的。

中国专利CN 103950544 A公开一种使用逆向恢复获得任意截面的几何形状的通用亚声速扩压器设计方法，使用该方法设计的型面主要应用领域为飞行器设计领域，尤其涉及飞行器外形及进气道方面的设计。目前已公布的发明专利侧重于对突扩扩压器结构方面的设计，但是将设计参数与流动性能相结合的通用性突扩扩压器设计方法方面的专利较少，因此发展适用于突扩扩压器的前置段通用设计评估方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供简单有效，可以实现在前置扩压器设计初期对不同结构设计方案做出快速可靠的性能预估，可显著降低设计成本，提高设计可靠性的一种基于总压损失控制的前置扩压器设计方法。

本发明包括以下步骤：

1)确定原始尺寸，具体方法为：根据压气机出口尺寸确定前置扩压器进口尺寸H₀，根据燃气轮机整体设计长度要求确定前置扩压器长度L₀，在后续设计中H₀及L₀保持不变；

2)确定临界扩张角θ₀，具体方法为：根据多组计算及实验对比数据，临界扩张角θ₀预测公式为：

CP=-4tan2θH02L02+2.95tanθH0L0]]>

其中，C_P为静压恢复系数，H₀为前置扩压器进口尺寸，L₀为前置扩压器长度，根据预测公式绘制静压恢复系数C_P与扩张角θ关系曲线，当静压恢复系数C_P最大时，对应的扩张角θ即为临界扩张角θ₀；

3)确定前置扩压段出口高度H临界值H_r，具体方法为：根据几何关系，由求得H_r＝2tanθ₀·L₀+H₀，此值即为理论上保证扩压器内流动无分离的H临界值，且当H取H_r时，前置段静压恢复系数最高，总压损失最低，扩压器性能最好；至此，基于总压控制，前置扩压器3个几何参数H₀、L₀、H确定，初步几何设计完毕。