跨声速离心压气机叶尖流动特性与损失机理

"跨声速离心压气机叶尖区旋涡流动特征的研究基于三维CFD方法，重点关注车用增压器在高压比发展趋势下的气动性能。研究揭示了在额定、近失速和堵塞工况下叶尖区流动的不同特性，包括激波的多样性、泄漏涡的形成和演化，以及这些现象对压气机性能的影响。通过深入分析激波结构和旋涡特征，可以更好地理解叶轮内部的损失分布和损失产生的机制。" 在跨声速离心压气机的设计和优化中，叶尖区的流动特性扮演着至关重要的角色。随着车用增压器高压比的提升，这一区域的流动对整体压气机效率和性能的影响日益显著。本研究利用三维计算流体动力学（CFD）技术，详细探讨了跨声速离心压气机在不同工作状态（额定、近失速和堵塞）下的叶尖区流动特性。 首先，研究发现，在这三种工况下，叶尖的激波形态呈现出多样性。这表明激波的形成和演变受到多种因素的影响，包括叶片设计、速度分布和气流条件等。激波的存在会增加流动阻力，导致能量损失，因此理解和控制激波是优化压气机性能的关键。 其次，对于泄漏涡的分析显示，额定和近失速工况下，主叶片前缘产生的泄漏涡会与相邻叶片的压力面碰撞并分裂成两部分。而在堵塞工况下，泄漏涡出现在叶片压力面一侧，这可能与气流受阻有关。泄漏涡的形成和演化直接影响叶尖区的能量转换效率，进而影响压气机的压缩性能。 此外，无论是哪种工况，分流叶片的泄漏涡都与主叶片的泄漏涡在同一流道内流出叶轮，这表明叶尖间隙的管理对于减少泄漏损失至关重要。1/2主叶片弦长之后，三种工况的分离旋涡和通道涡的尺度及分布特征趋于一致，表明在这一区域内可能存在普遍的流动规律。 最后，研究还指出叶片吸力面与机匣相交的角区形成了高损失核心区，这是由于该区域的复杂流动相互作用和边界层分离导致的。这个发现对于减小压气机内部的流动损失提供了潜在的改进建议。 通过对跨声速离心压气机叶尖区激波结构和旋涡特征的深入分析，可以更准确地评估压气机的性能，并为未来的设计提供理论指导。这些研究结果对于提高车用增压器的能效、降低能耗以及推动相关技术的进步具有重要意义。