工程熱物理所軸流壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)穩(wěn)定性研究獲進(jìn)展

　　壓氣機(jī)作為燃?xì)廨啓C(jī)的三大部件之一，在不斷追求高壓比、高效率的同時(shí)，其內(nèi)部流動(dòng)穩(wěn)定性問題也是長久以來的研究熱點(diǎn)。為此，國際上除了對(duì)葉型設(shè)計(jì)、多級(jí)壓氣機(jī)匹配等技術(shù)開展持續(xù)研究外，還針對(duì)軸流壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)失穩(wěn)及調(diào)控方法的內(nèi)在機(jī)理開展深入研究以期獲得更為合理可靠的擴(kuò)穩(wěn)方法。中國科學(xué)院工程熱物理研究所能源動(dòng)力研究中心多年以來一直從事壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)失穩(wěn)機(jī)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(rèn)可。在此基礎(chǔ)上，圍繞周向槽機(jī)匣處理這一簡單有效的擴(kuò)穩(wěn)方式開展了相關(guān)機(jī)理研究，取得以下成果：

　　一、在周向槽處理的擴(kuò)穩(wěn)機(jī)理研究方面，以周向單槽為切入點(diǎn)，研究了單槽位置對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性的影響規(guī)律（簡稱SMI曲線）、機(jī)制和周向槽槽位的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。其中，結(jié)合一系列單槽和多槽機(jī)匣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了周向槽槽位的初選建議。同時(shí)，針對(duì)高速壓氣機(jī)的研究則揭示了施加周向單槽前后，壓氣機(jī)失速先兆的發(fā)生取決于葉頂泄漏流與主流的軸向動(dòng)量平衡。

　　二、在周向槽處理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面：（1）發(fā)展了一種動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)的控制體分析方法用以判斷動(dòng)葉端區(qū)控制體軸向動(dòng)量沿弦向的變化，并提出了能快捷的以控制體軸向動(dòng)量鐘形曲線來判斷周向槽處理擴(kuò)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(jī)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(kuò)穩(wěn)效果并得到了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證；（3）將控制體分析方法擴(kuò)展到壓氣機(jī)設(shè)計(jì)工況下的熵產(chǎn)分析中，用于判斷不同周向槽結(jié)構(gòu)對(duì)壓氣機(jī)峰值效率及端區(qū)流動(dòng)損失的影響。

　　三、在周向槽處理的實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了在周向槽與動(dòng)葉通道交界面即開口面處流動(dòng)的三維測量；（2）借助該方法對(duì)典型位置周向單槽的開口面流動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，揭示了不同擴(kuò)穩(wěn)效果的周向單槽其開口面流動(dòng)特征及其與通道內(nèi)流動(dòng)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(kuò)穩(wěn)效果的周向單槽開口面處動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的差異，特別是無擴(kuò)穩(wěn)效果的單槽處理后所引起的流動(dòng)結(jié)構(gòu)變化。

　　上述研究得到國家自然科學(xué)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。