扩压器

将动能转换为静压能的装置
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扩压器是一种由离心压缩机产生的装置，其主要功能是将动能转化为静压能。这种转化发生在离心压缩机叶轮出口，此处的气流绝对速度通常在200-300米/秒之间，而在高性能叶轮中，这一速度甚至可能超过500米/秒。这些高速气流占据了叶轮给予气体总能量的很大一部分，如径向直叶片型叶轮约占50%，而水泵型火压缩机型叶轮则占25%-40%。因此，扩压器的主要职责就是将这部分动能有效地转化为静压能。除了这个核心功能外，扩压器还负责收集和引导气体。[1]

形态特征

扩压器在汽车增压发动机中扮演着重要角色，随着发动机转速的提高和工况变化范围的扩大，对涡轮增压器压气机的性能提出了更高的要求。为了满足这些需求，许多压气机采用了无叶扩压器，然而这种设计会带来气流在到达蜗壳入口之前的沿程损失问题。相比之下，叶片式扩压器能够更好地控制气流的方向，从而减少流动沿程损失，提高压气机的工作效率。然而，在非设计工况下，由于叶轮和扩压器之间的流动匹配处于大攻角状态，扩压器叶片内部特别是吸力面一侧会出现流动分离现象，这可能导致压气机内的流动不稳定，进而影响压气机的流量范围。此外，由于结构方面的限制，车用增压器压气机进口通常采用无预旋结构，这也可能会导致增压器压气机在某些工况下无法满足发动机所需的进气量范围，从而引发压气机喘振。面对这些挑战，如何在保证压气机具有宽流量范围的同时提高工作效率，成为了一个亟待解决的关键问题。[2]

技术原理

为了应对上述挑战，研究人员针对车用增压器JP88无叶扩压压气机进行了改进。首先，他们基于CFD分析和优化，设计了一种新的进口导叶和叶片扩压器。为了保持原有的压气机结构，新设计的叶片扩压器高度与原无叶扩压器相同。其次，他们使用FINE/TURBO软件进行了压气机的三维流动计算分析，并选择了Spalart-Almaras湍流模型。计算过程采用了中心差分格式离散控制方程，并利用四阶Runge-Kutta法进行时间推进求解，结合当地时间步长、隐式残差光顺技术和多重网格技术来加速收敛。计算网格采用块结构化网格，确保了计算精度。在边界条件方面，压气机进口参数保持一致，总压为101325帕斯卡，总温为293开尔文，气流方向为轴向进气，固体壁面采用绝热无滑移边界条件。压气机工况特性线通过逐步提高压气机出口背压的方式获取。计算收敛性的判断标准是压气机进出口流量的相对误差不超过0.5%，并且相应的压气机总性能（包括效率和总压比）在足够长时间内没有显著变化或仅出现微小周期性振荡。