刘晓东 庄 明 付 豹

(中国科学院等离子体物理研究所 合肥 230031)

1 引 言

氦透平膨胀机是大型氦低温系统的重要部件，为获取4.5 K温度级冷量冷却超导磁体及其它低温部件EAST低温循环系统采用了6个冷却级，分别是:液氮预冷级，第一级膨胀冷却级(膨胀机T1)，第二级膨胀冷却级(膨胀机T2)，节流路膨胀冷却级(膨胀机T3)，节流冷却级。其中T1和T2串联使用，而T3与T1、T2串联路并联使用。由于氦透平膨胀机的性能(运行稳定性与运行效率)对EAST低温系统起着至关重要的影响(影响其制冷系数)，又由于氦透平膨胀机T3叶轮进口参数处于高压、深低温区(接近两相区和超临界区)，此时工质氦不能看作理想气体，因此有必要用流线曲率法对低温氦透平膨胀机T3的叶轮流场进行研究。本文利用流线曲率法方法对低温氦透平膨胀机T3的叶轮的正命题进行研究。

氦透平膨胀机T3的设计进口压力Pi=0.968 MPa，进口温度Ti=7.86 K(下标i代表叶轮进口参数)，且预期达到出口压力Po=0.42 MPa，进口温度To=6.34 K(下标o代表叶轮出口参数);在进口条件下，工质氦接近两相区和超临界区，氦的压缩因子Zi=0.631 5，在出口条件下氦压缩因子 Zo=0.485 9，进出口氦的物性参数都远远偏离理想气体，因此在利用流线曲率法计算时，在处理氦透平膨胀机T3的叶轮膨胀工质氦时，必须按照非理想气体来进行。

吴仲华教授1952年发表论文“轴流、径流和混流式亚声速与超声速叶轮机械中三元流动的通用理论”［1］，提出了两类相对流面理论(S1流面和 S2流面)，把三元流动分解为两个流面上的二元流动问题来求解，为透平机械内部流动的计算奠定理论基础。……