在离心压缩机中，通常在叶轮后面加扩压器以回收从叶轮出来的气体动能，使之转换为压能。一般采用无叶扩压器和叶片扩压器两种型式。无叶扩压器通常用于叶轮出口气流角较大的情况。一般情况下，当叶轮出口气流角小于18 22时，通常用叶片扩压器，以减小气流在扩压器内部的摩擦损失，提高效率。
对于小流量离心压缩机，叶轮出口气流角一般都很小，本文所研究的离心压缩机叶轮出口气流角远小于18 ，若采用无叶扩压器会导致流程很长，损失大，而且对于小流量级叶轮一般采用的是强后弯式叶轮，出口气流角对流量的变化不是很敏感，具有采用叶片扩压器的优势。
1计算模型离心压缩机基本级，流量系数= 0. 01028，多变效率pol = 0. 68.叶轮叶片出口角2A = 16属于强后弯叶轮， b 2 / D 2 = 0. 027，具有18个变厚度双圆弧叶片的回流器。级进口温度T in = 20 ，级进口压力p in = 98 kPa，工作介质为空气，质量流量Q m = 0. 5477 kg/ s，压比= 1. 466，工作转速n= 12000r/ min.叶片扩压器为新设计的楔形扩压器，叶片数Z 3 = 10，叶片扩压进口段设计为圆弧弯曲，结构如所示。
2数值计算方法计算求解笛卡儿坐标系下的N- S方程，用以下通用形式表达：U t + F I + F V = Q式中F I、F V及Q分别为无粘、粘性项和源项。则旋转坐标系下相对速度的时间平均N- S方程的通量分别为U= w 1 w 2 w 3 F Ii = w i P1i + w i w 1 P2i + w i w 2 P3i + w i w 3（+ P） w i - F Vi = 0 i1 i2 i3 q i + w j ij Q= 0（- ） w （ 0. 5 2 r 2）源项Q考虑了离心力和哥氏力的影响，其中能量、温度、速度各分量的密度加权平均通量形式定义为q = q；应力ij = （+ t）w i x j + w j x i - 2 3（w）ij， q i = （ k+ k t）x i T ，P= p + 2 3 k， E= e + 1 2 w i wi + k， k为湍动能。
湍流模型采用一方程Spalart - Allmaras模型，与二方程模型相比具有较好的鲁棒性及需要更少的CPU计算时间。空间离散使用有限体积法，采用中心差分格式，在离散方程中加入Jameson构造的自适应人工耗散项，时间项采用四步Runge- Kutta法离散，并加上隐式残差光顺和当地时间步长以提高收敛速度。计算网格数为69万，计算区域包括叶轮、扩压器、弯道和回流器，转子与静子之间采用混合平面技术传递数据。计算忽略叶轮前后盖板间隙泄漏损失，进口给定总温、总压和速度方向，出口给定流量，固体壁面均为绝热无滑移条件。
3计算结果及分析3. 1扩压器内部流动3. 1. 1设计工况流动分析叶片扩压器在不同叶高位置处的静压系数分布。每两根等值线间的压差为750 Pa，从中看出，静压迅速上升，大部分压力恢复在叶片扩压器前部完成，在叶片扩压器后面区域压力增加缓慢。在沿叶高方向不同截面上，静压分布十分相似，扩压器内部静压等值线几乎都是垂直流线方向，且分布比较均匀。
速度矢量分布，可看出扩压器中后部速度矢量沿叶高方向是减小的，靠近轮盖速度矢量低于靠近轮盘处的速度。在扩压器叶片尾部由于叶片厚度的影响，存在着一个尾迹区。
叶片扩压器内部速度分布比较均匀，而且进口静压和速度周向分布都比较均匀。均匀的扩压器进口对扩压器内部流动是很有利的，因此扩压器设计是合理的。
由于叶轮出口气流的不均匀性以及叶轮二次流对气流的影响，在叶片扩压器进口段靠盖侧面出现逆流，但是随着半径增加逆流消失，并且靠盖侧的速度高于盘侧面的速度，但是随半径增加，这种速度差异减小。从图中还看出，随着半径继续增大，整体速度开始降低，盘盖侧的周向平均径向速度差又开始增大，与扩压器叶片前部不同的是，这时靠轮盖侧速度小于靠轮盘侧速度，主要原因是叶片扩压器出口为弯道进口，受弯道内部流动情况的影响。在弯道内，内径速度大于外径速度，因此导致扩压器接近出口处，轮盖侧速度高于轮盘侧速度。
3. 1. 2变工况分析表示了不同流量下，叶片扩压器内部的的静压分布和速度矢量分布。每两根等直线之间的压差同为750Pa.从图中看出，与设计工况一样，静压恢复只要集中在叶片扩压器的前半部分。随着流量的增大，流道内部的静压梯度越来越大，而叶轮与扩压器之间的间隙段刚好相反，这段静压等值线随流量的增大反而梯度减小。从看出，叶片扩压器叶片的前部圆弧段能很好适应来流的各种角度，尤其是小流量情况。这种扩压器在设计工况下，压力面附近和吸力面附近都不存在回流，只是在压力面附近存在边界层的增厚。在小流量工况下由于气流角的减小，叶片压力面更适应气流，因此从图中看到边界层相对减薄。大流量条件下，由于叶轮出口气流角增大，导致扩压器叶片的凸面附近流动恶化，局部出现回流。
3. 2不同扩压器对级性能的影响对具有无叶扩压器基本级的性能和具有叶片扩压器的基本级性能的比较。
从图中看出，在设计工况点，具有叶片扩压器基本级比具有无叶扩压器的基本级多变效率提高了约6%，级压比也由1. 466提高到1. 535.效率曲线和压力曲线较无叶扩压器级都有提高，从图中还看出，叶片扩压器的加入也使压缩机级性能曲线变陡。由于小流量级叶轮出口气流角较小，气流角对流量变化不敏感，叶片扩压器内部流动情况良好，因此在计算的各个点性能都优于原无叶扩压器的级性能。
无叶扩压器和叶片扩压器的静压恢复系数对比，计算都是在相同级环境下进行。这里定义静压恢复系数为C p = p 4 - p 3 p 03 - p 3，可以看出，叶片扩压器静压恢复系数明显高于无叶扩压器，在前半段叶片扩压器静压恢复系数上升很快，然后慢慢变得平缓，大于半径0. 30时，静压恢复系上升趋势与无叶扩压器基本相同。因此，叶片扩压器的扩压作用主要发生在扩压器叶片的前半部，而无叶扩压器静压恢复系数上升比较慢。
4结论通过叶片扩压器内部流动的数值研究，设计的叶片扩压器具有很好的气动性能，能有效提高小流量离心压缩机基本级的性能。通过对具有带叶片扩压器小流量离心压缩机级和无叶扩压器级性能的数值分析，发现对出口气流角较小的小流量离心压缩机的基本级，增加叶片扩压器，能在较大流量范围内提高级的效率和压比，同时其性能曲线略有变陡，稳定工况范围变小。该叶片扩压器，能获得周向比较均匀的进口流场，且其变工况性能良好，尤其在小流量条件下性能较好的流场，但大流量条件下，叶片扩压器叶片凸面容易产生回流，对级性能有一定影响。
