● 摘要
目前的风扇/压气机正朝着高性能、高负荷和高稳定性发展，然而高负荷叶片设计的难点在于吸力面边界层内低能流体在叶片流道中较强的逆压梯度作用下易于从壁面分离，并进而导致流道堵塞，损失增加，稳定工作裕度下降。因此，在深入研究压气机/风扇叶栅流道内复杂流场结构的基础上，通过合适的措施控制流动分离，使压气机在较高的负荷水平下还能保持较高的效率和较宽广的稳定工作范围，已经成为叶轮机械气动热力学研究的一个重要方向。本文首先使用CFD商用软件NUMECA对某内外涵组合压气机进行了三维数值模拟，并对其整级和各排叶片的特性及流场进行了分析，由于该组合压气机仍在进一步的改型设计中，各项性能均未达到设计指标，仍需进一步设计改型。在以往的设计过程中，为有效改善流场分布，提高叶片气动性能，采用了多个分流叶片、弯掠叶片等造型技术，本文都对其流场作了较为详尽的分析。此外，本文对某离心压气机作了抽吸气数值模拟，分别对其轴向扩压器和径向扩压器开缝抽气，考察抽吸气对其流场结构和气动性能的影响，以及对离心压气机整级性能的改善。本文分别采用了在叶片表面沿展向开槽、轮毂上沿流向和周向开槽三种抽吸模型来控制轴向扩压器流动分离，但由于其分离太大，计算结果表明，抽吸未能减小或抑制流动分离，抽吸效果不佳。最后，对仅在叶尖存在小量分离的径向扩压器的抽吸气模拟结果表明，在流动即将开始分离的地方，通过抽取小量的低能流体，叶尖分离完全消除，叶片表面流动得到改善，吸气效果非常明显。