题目：风扇/增压级内流场特性数值模拟与设计研究

近年，高性能的民用涡轮风扇发动机朝着更经济的方向迅速发展，军用发动机则向更高的性能，更加经济以及非设计工况下稳定的工作性能水平迈进。对于风扇/增压级而言，需要有更高的总压比、更高的效率、更少的级数和更宽的稳定工作范围，而这取决于风扇/增压级内部流动的合理设计。随着计算机技术的飞速发展和数值模拟方法的日趋成熟，其在风扇/增压级的设计和流场分析中起到越来越举足轻重的作用。本文主要围绕风扇/增压级多转速全工况双涵联算的特性预测程序的发展以及数值模拟在流场分析和风扇/增压级的设计、优化中的应用展开了研究。为满足风扇/增压级工程设计实践对快速特性预测计算的要求，本文提出了一种应用于多排双涵风扇/增压级全工况快速特性预测的计算方法。该方法在计算过程中使用Euler主控方程并引入模化的源项，从而大大减少了整个计算的工作量。数值方法采用Jameson多步Runge-Kutta格式和Jameson中心差分格式，并将Sturmayr和Hirsch等人提出的与相对速度和气流角相关的叶片法向力和摩擦力模型与NASA SP-36提供的攻角和落后角确定方法相结合完成了对周向平均Euler方程组源项的模化处理。为了使该方法更具工程应用价值，本文引入了隐式参差平均方法以及Koch稳定边界模型，结合计算时所需极少的网格点数，能够较迅速可信的得到风扇/增压级的总体流动特性。为了验证该周向平均方法程序的可靠性和精确性，本文对高负荷跨音单级风扇ATS-2多转速全工况特性进行了计算，并将周向平均方法的计算结果与实验和三维数值模拟结果进行了对比。对结果的分析表明，在不同设计转速下效率曲线与实验符合较好，但是在近堵点附近误差较大，尤其是在低转速状态下，误差更大一些。而压力曲线表现出在较高转速近失速点附近误差稍大，较低转速状态下以及近堵点附近符合精度较高的趋势，计算得到的流量裕度比实验裕度稍大，基本满足工程精度的需求。为了考察周向平均方法对多叶片排双涵道风扇/增压级特性计算的有效性，本文对某多排（11排）大涵道比的风扇/增压级100%、96%、88%、80%设计转速以及降噪优化处理后的100%设计转速的全工况特性进行了数值模拟，通过与三维数值模拟软件的比较证明，对于风扇/增压级这种具有双涵道多叶片排的压缩系统的特性计算，周向平均方法的精度足以满足工程应用的精度要求，方法快速，有利于提高工程设计人员的在风扇/增压级的初期设计研究工作的效率。最后，完成了某新型风扇/增压级的气动设计研究工作。根据风扇/增压级具体用途和工作条件提出的总体性能要求，对某中等涵道比风扇/增压级系统进行了通流设计、流道结构设计、各叶片排叶片几何设计、准三维特性预估及三维数值模拟。数值模拟结果显示对该风扇/增压级的设计基本达到了总体性能指标。