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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第三章离心式压气机的原理与设计(2) 涡轮增压技术? * 离心式压气机的原理与设计(2) ?? 压气机的功率系数μ ?? 叶轮效率与流体效率 ?? 叶轮出口处空气状态参数的确定 ?? 扩压器 集气器（涡壳） ?? 压气机特性 * 压气机的功率系数 实际的叶轮传递给空气的能量和具有无限多叶片的假想叶轮传递给空气的能量比值。 ---功率系数的定义和意义 * 压气机的功率系数 功率系数μ与叶轮的叶片数z及叶轮的相对几何尺寸，主要是叶片的相对长度rm1/r2有关。左为叶轮具有径向叶片时计算功率系数的卡尚特然经验公式。 ---影响因素与经验公式(1) * 压气机的功率系数 根据卡尚特然公式计算的μ与叶轮的叶片数z及叶轮的叶片的相对长度rm1/r2关系如左图所示。由图中可以看出：z越大，μ越大；rm1/r2越小（叶片相对长度越大），μ也越大 ---影响因素与经验公式(2) * 压气机的功率系数 μ值也可根据叶片数来选取。上表中，z=29的数值是根据理论抛物线而得出的，实际上当z=20时，μ值的增长是极平缓的，故μ=0.92 可认为是实际上的最大值。 ---经验取值(1) z 2 4 7 10 14 16 29 μ 0.52 0.67 0.77 0.82 0.87 0.89 0.92 * 压气机的功率系数 在实际的叶轮设计中，叶片数z也经常根据不同的叶轮直径来确定，其经验数据如上表。可以看出随着叶轮直径的增大，叶片数增多，这是因为对于小直径叶轮，如果叶片数太多，则会形成阻塞。新型的涡轮增压器中，z比上表所给的数据要小一些。 ---经验取值(2) D2 60 65 75 100 z 12 14 16 18 * 叶轮效率与流体效率 叶轮效率η2的定义：叶轮内气体的总焓升H2*与叶轮的有效功We之比。叶轮效率表征叶轮工作的完善程度。 ---叶轮效率(1) * 叶轮效率与流体效率 叶轮的最高效率约为0.85-0.93，后弯叶片时可达0.94-0.95； 当达到πc=3-3.5时，η2显著降低，而且压气机特性线也变得更加陡峭。 因此，设计高增压比的压气机，其任务之一就是将叶轮效率，提高到0.90-0.92的水平。 ---叶轮效率(2) * 叶轮效率与流体效率 压气机级的绝热压缩功Wad与叶轮圆周速度为u2时，所获得的最大总绝热压缩功Wad max之比，定义为压气机的流体效率，也可称为压力头系数。 流体效率表征叶轮能够完成做功的程度。 ---流体效率 * 扩压器 扩压器的作用是将由叶轮流出的气体动能的一部分转变为压力(势能)。 扩压器可分为有叶和无叶两种。一般讲，有叶扩压器的最高效率值较大，然而能适应的流量范围却较窄；无叶扩压器的最高效率值较低，而效率曲线随流量变化较平缓，故能适应较宽的流量范围。 ---扩压器的分类 * 扩压器 车辆发动机所使用的增压器，常常在一个很宽的范围内工作，因而多采用无叶扩压器。无叶扩压器也称缝隙式扩压器，由两片光滑的圆盘壁组成。盘壁之间可以互相平行，也可成一定的锥角。 ---无叶扩压器 * 扩压器 若D4/D31.8-1.9时，压力增加并不很明显，而流程摩擦损失将急剧增加，所以选用直径比不可过大。在0.85b4/b31.15时，扩压器的最高效率实际上没有变化，为制造方便，通常选b4/b3=1。 ---无叶扩压器的尺寸 * 扩压器 进行第二次或多次迭代计算。 ---无叶扩压器出口参数计算 这里的多变指数一般取1.7-2.0。 * 集气器 ---形状(1) * 集气器 ---形状(2) * 集气器 ---形状(3) 涡壳截面的形状可以有很多种，以梨形的损失最小，但各种形状相差不大，所以在设计时更多地是考虑尺寸上的小型化。近年来逐渐多采用的鸭蛋形截面涡壳能得到最小的外形尺寸。 * 压气机特性 ---定义 压气机特性：以转速为参变量，压气机的压比和效率随流量变化的关系，称之为压气机特性。利用压气机的流量特性曲线，就可以判断压气机本身的性能是否优越及其工作范围的大小，还可利用它与发动机的耗气特性相配合，来检验压气机与发动机的匹配是否合理。 * 压气机特性 ---形状(1) 右图为国内富源涡轮增压器的压气机流量特性曲线。 横坐标流量，纵坐标压比，参变量转速，纵向曲线为等效率线。 喘振线 堵塞线 * 压气机特性 ---形状(2) 霍尼韦尔(Honeywell)公司的GT15V增压器压气机特性曲线。 * 压气机特性 ---形状(3) 左图体现了压气机特性曲线的画法。先根据实验数据，分别画出效率-流量图和压比-流量图，然后将两图如左所示排列，在效率图上作和横轴平行的线，将其和效率线的交点投影到压比图上，就可以在压比-流