径流式有叶涡轮流量特性预测及试验研究

　　1　预测涡轮流量特性的意义

　　涡轮的流量特性反映了涡轮流通能力,对于涡轮与压气机的匹配以及涡轮与发动机的匹配都有重要作用.涡轮的流量特性有多种表示方法,目前国际上比较通用的还是采用这一有因次的相似流量参数与膨胀比的关系表示,其中qmT是涡轮的质量流量,TT是涡前温度,pT是涡前压力.涡轮流量特性一般要通过实验获取,但近年来,随着计算机技术以及计算方法等的发展,借助于电子计算机,使得通过理论计算预测涡轮的流量特性成为可能.　　预测涡轮流量特性可以指导涡轮的设计和配机参数的选择,有利于开展涡轮变工况性能的研究,减少试验量.对于可变几何涡轮增压器,还有助于建立可调涡轮与发动机匹配的控制模型[1],使涡轮与发动机在全工况范围内实现最优化匹配.

　　2　一般的涡轮流量计算方法

　　传统的涡轮流量计算方法一般用当量面积代表涡轮的流通面积,同时用相似流量表示涡轮流量.涡轮的相似流量的计算公式为[2]

　　An为喷嘴环流通面积;AR为叶轮出口喉口的流通面积;ρn,ρ2为分别为喷嘴环出口和叶轮出口处的燃气密度;HTad为涡轮绝热膨胀功;Dm2为叶轮出口比直径;u1,ω1分别为叶轮入口处气流相对速度和圆周速度;p*T为涡前总压力;πT为级膨胀比,πT=p*T/p2,p2为涡轮出口压力.利用式(1)计算径流式涡轮流量特性时,先令

　　根据大量实验结果,可以得到径流式涡轮在设计点的k′4值和膨胀比的关系[3].由膨胀比查得k′4后可计算出k′3.另外,根据设计点给定的膨胀比和反动度,可计算出密度比ρ2/ρn.这样就可以由式(2)计算出当量流通面积ATeq,从而计算出涡轮的流量.由于k′4的值分散度很大,难于准确选取,而且非设计工况下涡轮流量无法计算,所以这种方法实际上不能预测涡轮的流量特性.因此,还需要找到一种可以计算各种工况下涡轮流量的预测方法.

　　3　涡轮流量特性预测方法

　　在式(1)中,当量流通面积是在不考虑涡轮中的各种损失下推导出来的,另外,式中使用的喷嘴环出口面积和叶轮出口面积应为有效流通面积,而一般情况下不能提供有效流通面积,因为它们需要通过实验测定相应的收缩系数才能确定.如果使用几何面积来代替有效流通面积,而且不考虑涡轮中的各种损失,直接利用上面的公式计算涡轮的流量,则与实际测得的流量必然有较大差异.因此,将式(1)作变化

　　与式(1)相比,有两点不同:一是增加了一个流量系数μ,用于表示实际流量与理想流量之间的差异;二是计算当量流通面积A′Teq时,用相应的几何面积代替有效流通面积.