为研究离心压缩机在流量骤减过程中的瞬态特性,在设计转速下对离心压缩机模型级进行全流道非定常数值模拟,对该过程中流场结构的时空演变情况进行了捕捉,同时对级内流动稳定性以及叶轮气动载荷进行了分析。结果表明:在离心压缩机流量骤减过程中,扩压器中失速微团沿叶轮旋转反方向加速运动,在空间上呈现出由扩压器向叶轮、由轮盖向轮盘延伸的趋势;各通流部件中气体流动稳定性随流量降低逐渐变差,叶轮受到气流的轴向力与转矩变化均呈现低频大幅值脉动趋势,当该离心压缩机模型级流量降低至3.9 kg/s时,叶轮受到气体的径向力分量出现短暂的异常波动,随后径向力合力骤增近一个数量级,这对于预防离心压缩机失效等事故的发生具有重要的指导意义。

本文分析了非平行壁径向无叶扩压器的性能与几何参数和流动参数之间的关系以及扩压器性能随壁面倾斜角的变化规律;讨论了收敛形和扩张形径向无叶扩压器的优劣特点及适用条件;提出了在设计中采用收敛形或扩张形扩压器时所应遵循的原则和建议以及壁面收敛角的选择方法。

依据三维边界层理论,提出了一个计算径向无叶扩压器内三维湍流边界层分离点的简单近似方法;并利用此方法计算了不同扩压器进口条件下的边界层分离点的位置的变化规律;在此基础上,讨论了在某些条件下离心式压缩机无叶扩压器内发生的旋转失速现象及由此导致的离心式压缩机的喘振机理。