题目：径向掺混在压气机失速预测中的作用

飞机在大仰角或高机动飞行条件下，压气机进口的畸变流场非常复杂，畸变流场气流脉动强度较大，流场呈现强烈的非定常性。由于实际运行条件复杂，压气机并不总是在设计点运行。各种进口畸变都可能导致压气机性能发生改变乃至失稳。为了模拟这些畸变在压气机中的传播状态、失速发生条件及抑制方法，人们提出了很多模型。如激盘模型、平行压气机模型以及体积力模型，这些模型尽管都在各自所关心的领域和要求的精度上部分解决了上述问题，但都不同程度的存在一些局限性。其中较有代表性的GONG的体积力模型采用了无穷叶片假设以及流场中每处都可以定义当地压升的假设，从而将叶片的作用化为一个体积力场。其优点是避免了求解每个叶片通道中的流动结构，节省了计算资源。但缺点是由于忽略了气体分子间的黏性，从而将某些情况下比较重要的径向掺混效应排除在模型之外，造成了一定的误差。比如在一些进口畸变的试验研究中，为了考察叶尖失速状态，人们通常比较关心畸变对于叶顶区流场的影响。而恰恰在这些端区内，由于径向速度梯度比较大，而使得黏性在这个区域的作用不可忽略，因为它会导致展向不同层流间动量能量的交换。尤其是一些展弦比较小的压气机，在这些压气机中，主流区相对端区不占优势，端区径向流动影响巨大，因而有必要在此区域考虑因黏性导致的扩散效应。本文发展一种模型，用来计算压气机对进口畸变的响应。该模型兼有体积力模型计算迅速、占用资源少的优点,同时考虑到径向掺混效应对端区的影响，适用于低展弦、高压比转子。首先以模型的方式给出了黏性应力与速度梯度的关系，然后根据雷诺输运定理，从头推导控制方程，将因为黏性应力导致的通量附加上去，得到本文需要的包含径向掺混效应的体积力模型。并介绍其数值计算方法。通过低展弦比、高展弦比两种转子的均匀进气畸变的分别计算，并与实验数据或商用软件计算相对比得出结论，进项掺混效应在端区有较大径向速度梯度时会对压气机性能产生较大影响，从而进一步推测出，当进口为畸变状态时，会产生更大的影响，从而有必要对畸变进气进行进一步验算。然后通过用前述模型对J69转子的数值计算并与试验台数据进行对比，验算了特性线、出口总压的周向分布以及相对进气角和出口气流角，发现较之未考虑掺混效应的体积力模型，本文模型的计算结果与实验结果符合较好。并以此模型的计算结果，初步讨论了进气畸变在压气机中的发展规律。