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压气机旋转失速不稳定工况的流动本质至今没有明确统一的定论,研究其内部流动对拓宽压气机稳定工作范围和改善失速主动控制技术具有重大意义。对旋转失速的研究,先前研究者多重点关注叶顶泄漏涡与失速过程触发之间联系,以期获得合理的流动失稳机理和可用于预测的监测信号。本文以跨音级转子为研究对象,在跨音速转子中存在着激波,叶顶泄漏涡导致的非稳定性流动,边界层分离等现象,流场表现异常复杂,对失速类型的影响及失速发生过程将是研究重点。 本文通过对某轴流低压压气机跨音速压气机转子的数值模拟,主要研究了叶顶区域的流动现象,内容包括对大轴向距离时全失速过程分析,轴向距离对跨音级性能的影响,动/静干涉对失速过程的改变,叶顶间隙尺寸的增加对低速流体区发展过程的干扰;并分析了近失速点流场扰动频率的分布特点;通过多通道数值计算和全通道数值计算,研究了低速团的周向传播速度和径向发展过程。 通过单通道数值模拟得出,轴向距离的减少会提高级效率,降低级损失,同时会造成流场不稳定性增加,叶片承受的气动力增大。在近失速点时,转子出现前失速先兆的流动不稳定性现象,叶顶泄漏涡由于激波的作用发生不稳定周期性破碎脱落;叶顶区域堵塞来源主要为叶顶泄漏涡低速区和边界层分离区;导叶尾迹会减少下游动叶顶部边界层的分离,但会增加叶顶泄漏涡破碎的堵塞作用;叶顶间隙尺寸增大会延长流场不稳定的扰动时间;叶顶区域产生的低速流体团逐渐向前缘方向扩大,同时沿径向向叶根处发展;近失速点时,不同轴向距离会出现不同数目和多个区间的扰动频率。 多通道和全周计算表明,近失速点叶顶区域的流场,存在由均匀性到不均匀性的转变,多通道和全周计算得到低速团周向传播速度分别为74~82%和56%~88%转子额定转速;全周计算流场描述了低速团的径向发展规律,低速团发展先小后大,由广泛的叶顶分布逐步发展为明显的四大分区结构;采集前缘监测点的静压值,经由快速傅里叶转换得出周向低频扰动频率范围为0.1~0.35BPF。