工程熱物理所軸流壓氣機內(nèi)部流動穩(wěn)定性研究獲進展

　　壓氣機作為燃氣輪機的三大部件之一，在不斷追求高壓比、高效率的同時，其內(nèi)部流動穩(wěn)定性問題也是長久以來的研究熱點。為此，國際上除了對葉型設(shè)計、多級壓氣機匹配等技術(shù)開展持續(xù)研究外，還針對軸流壓氣機內(nèi)部流動失穩(wěn)及調(diào)控方法的內(nèi)在機理開展深入研究以期獲得更為合理可靠的擴穩(wěn)方法。中國科學院工程熱物理研究所能源動力研究中心多年以來一直從事壓氣機內(nèi)部流動失穩(wěn)機理的研究，闡釋了葉頂間隙泄漏流非定常性與失速之間的關(guān)聯(lián)，在國際上得到了廣泛關(guān)注和認可。在此基礎(chǔ)上，圍繞周向槽機匣處理這一簡單有效的擴穩(wěn)方式開展了相關(guān)機理研究，取得以下成果：

　　一、在周向槽處理的擴穩(wěn)機理研究方面，以周向單槽為切入點，研究了單槽位置對壓氣機穩(wěn)定性的影響規(guī)律（簡稱SMI曲線）、機制和周向槽槽位的設(shè)計準則。其中，結(jié)合一系列單槽和多槽機匣的實驗結(jié)果，提出了周向槽槽位的初選建議。同時，針對高速壓氣機的研究則揭示了施加周向單槽前后，壓氣機失速先兆的發(fā)生取決于葉頂泄漏流與主流的軸向動量平衡。

　　二、在周向槽處理的優(yōu)化設(shè)計方面：（1）發(fā)展了一種動葉端區(qū)流動的控制體分析方法用以判斷動葉端區(qū)控制體軸向動量沿弦向的變化，并提出了能快捷的以控制體軸向動量鐘形曲線來判斷周向槽處理擴穩(wěn)效果的方法；（2）利用控制體分析方法，分別在低速與跨音壓氣機方面開展了不同結(jié)構(gòu)周向槽處理的研究，成功預(yù)測了各處理結(jié)構(gòu)的擴穩(wěn)效果并得到了相應(yīng)實驗結(jié)果的驗證；（3）將控制體分析方法擴展到壓氣機設(shè)計工況下的熵產(chǎn)分析中，用于判斷不同周向槽結(jié)構(gòu)對壓氣機峰值效率及端區(qū)流動損失的影響。

　　三、在周向槽處理的實驗研究方面：（1）發(fā)展了一種采用多支單絲熱線探針的測量方法，實現(xiàn)了在周向槽與動葉通道交界面即開口面處流動的三維測量；（2）借助該方法對典型位置周向單槽的開口面流動進行了實驗研究，揭示了不同擴穩(wěn)效果的周向單槽其開口面流動特征及其與通道內(nèi)流動相互作用的差異；（3）結(jié)合數(shù)值模擬研究，闡釋了具有不同擴穩(wěn)效果的周向單槽開口面處動葉端區(qū)流動結(jié)構(gòu)的差異，特別是無擴穩(wěn)效果的單槽處理后所引起的流動結(jié)構(gòu)變化。

　　上述研究得到國家自然科學基金的資助，相關(guān)研究成果持續(xù)在ASME Turbo Expo IGTI 2013-2015 發(fā)表，并形成多篇論文投稿至ASME Journal of Turbomachinery，AIAA Journal of Propulsion and Power 等期刊。