亚声速压气机转子失速机制探究：非定常流动与叶尖涡影响

"亚声速压气机转子失速先兆诱发机制的非定常机理分析 (2011年)" 这篇论文深入探讨了亚声速轴流压气机转子失速先兆的非定常流体动力学机制。研究主要集中在失速起始过程，这是叶轮机械领域中的一个重要课题，因为它直接影响着压气机的性能和稳定性。通过多通道全三维数值模拟方法，研究人员对某特定亚声速轴流压气机转子的预失速性能进行了详细的时间精确模拟。 计算结果显示，环面高压斑的传播速度和影响范围与实验测量数据高度一致，这证实了数值模拟方法的有效性，同时也揭示了突尖波（stall precursor wave）产生的流体动力学原理。在流动失稳过程中，叶尖分离涡的形成和传播成为关键特征。当叶尖分离涡强度达到一定阈值时，其尾部会吸附到叶片吸力面上，随着尾部向吸力面尾缘移动，会诱导出尾缘反流，进而形成间隙溢流，这种现象被称为“后返前溢”（backflow-to-foreflow）。这一现象被认为是压气机转子出现突尖波的初始标志。 叶尖分离涡的破碎和间隙流动的相互作用是研究的重点。在接近失速的工作条件下，泄漏涡会经历泡状破碎，破碎后的泄漏涡与相邻通道未破碎的泄漏流交互作用，产生了一个明显的叶尖分离涡。论文进一步通过在进口引入畸变，使用全三维粘性时间精确求解方法，模拟了转子从稳定到不稳定流动的转变过程，从而更全面地解析了失速先兆波的生成机制。 该研究使用了西北工业大学轴流压气机试验台上的孤立转子作为研究对象，转子具有特定的轮载比（0.6）和叶片尺寸（叶片尖部直径298mm），叶片设计源于苏联的K7标准。这些详细的数值模拟和实验数据分析，对于理解压气机失速现象，预防和控制压气机性能衰退，以及提升压气机设计的稳定性和效率都具有重要的理论和实际意义。