燃气轮机作为一种重要的热功转换设备,具有结构紧凑,热效率高等特点。排气扩压器作为燃气轮机的核心部件之一,可以将动力涡轮出口燃气的部分动能经过减速扩压过程转化为排气扩压器出口的静压(一般为环境压力),进而降低动力涡轮出口背压,提升动力涡轮的膨胀比,增加动力涡轮的功率输出

。Farokhi的研究结果表明,排气扩压器的静压恢复系数每增加0.1,燃气轮机整机的功率输出可提升0.8%

。如今,诸如燃烧室、涡轮等部件已具有相当高的效率,进一步提升这些部件效率的成本和难度均较大,而排气扩压器气动性能的提升仍有相当大的余地。在这种背景下,探究提升排气扩压器气动性能的方法具有重要的意义。

燃气轮机在实际运行过程中,涡轮旋转效应和叶顶间隙泄漏流及动叶尾迹流均会对排气扩压器入口及内部流场产生显著影响

。文献[4-6]分别实验和数值研究了进口旋流对燃气轮机排气扩压器气动性能的影响,结果表明适当的进气预旋有利于改善排气扩压器外壳体壁面的流动分离,进而提升其静压恢复能力,但进气偏转角大于20°后,排气扩压器的气动性能会显著下降。Hirschmann等实验测量了排气扩压器进口总压分布对排气扩压器气动性能的影响,研究表明合适的进口总压分布有利于提升排气扩压器的静压恢复性能

。Volkmer等采用上游壳体壁面的间隙射流和下游轮毂壁面的科恩达射流来抑制排气扩压器内的流动分离,取得了良好的效果