● 摘要
叶尖泄漏流是压气机最具代表的复杂流动结构，本文针对多级轴流压气机中后部的亚音级，在北航低速大尺寸压气机试验台上，利用先进的体视粒子图像测速技术（SPIV）,结合数值模拟，对高负荷压气机转子叶尖泄漏流开展了细致的研究，并提出了一种具有较高精度的叶尖泄漏流堵塞模化方法。
本文的主要研究成果可以概括为以下四个方面：
进一步改进了适用于多级压气机叶排内部复杂流动测量的SPIV测试技术：通过对SPIV测量误差的分析，给出了提高SPIV测量精度的关键因素；通过改善示踪粒子散播方式和优化数据处理算法，进一步提高了转子叶尖区域流场的测量精度以及有效数据率（90%以上）；利用本文的测量结果，分析得到了压气机转子尖部系综平均流场对测量样本数的收敛性要求。
利用SPIV技术，对不同间隙、不同工况下的高负荷压气机转子叶尖泄漏流进行了高分辨率的详细测量；基于大量的SPIV测量数据，深入分析了高负荷压气机转子叶尖泄漏流的演化发展过程，重点研究了泄漏流沿流向发展过程中速度分布和堵塞的变化规律。结果表明：泄漏堵塞区的速度分布具有明显的尾迹型流动特征；泄漏流堵塞沿流向的分布呈现先增大然后逐渐衰减的非线性非单调的规律，其根源是泄漏涡自身存在稳定—失稳破碎—掺混耗散的流动状态变化。
通过理论分析结合数值模拟，分析了影响流动堵塞的主要因素及其主要物理机制。结果表明：无粘扩压和湍流掺混过程分别是使流动堵塞增大和减小的主要物理机制，流场中压力梯度越大则堵塞增长得越快，泄漏流与主流间掺混越强则堵塞衰减得越迅速；泄漏流堵塞区域内速度分布具有很强的非均匀性，它会显著影响泄漏流的无粘扩压过程，是堵塞模化不可忽略的流动特征。
基于上述实验研究和理论分析结果，本文提出了一种新的压气机转子叶尖泄漏流堵塞模化方法。校验结果表明：该模化方法能够成功地预测泄漏流堵塞沿流向非线性的分布特征，得到的泄漏流峰值堵塞的偏差一般不超过20%；该模化方法具有较宽的适用范围，能够预测不同负荷水平、不同工况和不同间隙大小对泄漏流堵塞程度和分布的影响。