题目：压气机稳定性的数值模拟研究

在航空发动机的部件当中，压气机的运行状况直接影响到发动机整体的性能以及稳定性，因此压气机的稳定性研究一直是叶轮机械行业中的重点研究对象。在其内部存在的不稳定流动现象中，旋转失速由于其发展过程中流动的复杂性以及瞬时性，多年以来一直没有能够得到很好的解决。在对压气机失稳点的预测进行建模的工作中，有研究结果表明可以将压气机整体视为完整的压缩系统，这一系统存在一特定的特征频率能够使得外来扰动与整个系统发生类似于共振的现象从而引发失速的发生。根据这一理论的启发，本论文采用了数值模拟的方法对某跨音压气机转子的特征频率进行了探讨。主要内容包括如下

第一，本文对该跨音压气机单通道的网格进行了定常计算，得到了完整的压气机特性曲线。通过与对应工况的实验结果的详细对比，证明本次计算中使用的网格和计算方法可靠、有效，并且在计算中得到的近失速点工况结果为接下来的非定常计算提供了参考。

第二，为了寻找该跨音压气机系统的特征频率并研究如何在进口处引入适当的扰动可以快速准确得到失速的演化过程，本文在传统的非定常计算失速基础上，采用了“试凑”的方法设置了多组不同频率的进口扰动影响压气机的稳定性。这一方法需要多次计算得到具有一定样本容量的结果才具有参考性，因此在文中的非定常算例中设置了多组不同频率进口扰动并监控流场变化情况。最终结果表明，扰动在频率为34%~100%相对转频的情况下对压气机稳定性影响较大，诱发了旋转失速的发生。

最后，对产生失速工况的计算结果内部流场进行分析，结合Q法则、绝对涡量等方法分析流场中叶尖间隙附近的漩涡流动现象。结果表明失速扰动首先由进口来流低压扰动引起，在若干通道内的逆压梯度增强，叶尖泄漏涡破碎进而在叶片通道内形成严重的堵塞现象从而产生失速团。并且结合失速扰动的信号可知产生的失速团速度并不会随进口扰动的变化产生较大的速度变化，而是稳定在60%~70%相对转频；通过对比两种不同失速信号表现形式的算例发现，二者流场内出现的失速机理完全一致，造成失速信号不同的直接原因是失速团的影响范围大小以及流场中是否出现“第二失速团”，而根本原因在于进口扰动与失速团之间的相对速度差。当进口扰动频率处于某一频带范围内，进口来流中存在的低压区域对部分叶片通道内产生充分的影响造成不可逆的破坏，因此形成了失速团。而这一频带正是本文验证的压气机特征频率的物理存在形式。