Detailed measurements of the flow field in vaneless and vaned diffusers of centrifugal compressors

(Received 28 February 1992, accepted 1st June 1992)

Abstract
The flow field development in vaneless and vaned diffuser of a transonic centrifugal compressors has been investigated using miniature probes. The first part of this paper gives a detailed experimental analysis of the flow structure at the outlet of two backswept transonic centrifugal impellers, one with splitter blades. These two impellers are equipped with a large radius ratio vaneless diffuser. Using a relative frame linked to the rotor, time-dependent measurements close to the rotor provide the flow field velocity at the outlets of the impeller channels. The effects of th splitter blade on the flow structure are clearly shown. Measurements made at several radii of th vaneless diffuser show that the amplitude of the axial flow distortion increases while the blade to blade heterogeneities decrease slowly. The second part of the paper describes the flow field in a vaned diffuser facing an impeller with splitter blades. Time-dependent measurements performed in the throat section show large periodic fluctuations of the instantaneous flow angles and Mach number, which depend on the impeller blade locations. The flow distortion increases in the diffuser channel. At the outlet, a secondary area appears close to the vane pressure side.

Résumé
Le champ d'écoulement du fluide dans les diffuseurs lisses et aubés de compresseurs centrifuges transsoniques a été analysé en utilisant des sondes miniatures. La première partie de cet article montre une analyse expérimentale détaillée de la structure de l'écoulement à la sortie de deux rotors centrifuges transsonique à aubes couchées en arrière. L'un d'eux a des aubes intercalaires. Ces deux rotors sont équipés d'un diffuseur lisse à grand rapport de rayon. En utilisant un repère relatif lié au rotor, les mesures instationnaires faites près de celui-ci fournissent le champ de vitesse du fluide à la sortie des canaux du mobile. Les effets des aubes intercalaires sur la structure du fluide sont clairement montrés. les mesures faites sur plusieurs rayons du diffuseur lisse mettent en évidence l'augmentation en amplitude de la distorsion axiale du fluide tandis que l'hétérogénéitée d'aube à aube diminue lentement. La seconde partie de l'article décrit le champ d'écoulement dans un diffuseur à aubes équipant le rotor doté d'aubes intercalaires. Les mesures instationnaires effectuées dans la section du col montrent les fortes fluctuations périodiques des angles et nombres de Mach instantanés du fluide. Elles sont fonction de la situation des aubes du rotor. La distortion du fluide s'accroît dans le canal du diffuseur. A la sortie, une zone d'écoulement secondaire apparaît près de l'intrados des aubes.