航空发动机的效率和噪声一直是人们关注的热点,压气机是航空发动机的重要组成部件,压气机内部的流动损失会造成其效率降低,压气机效率的高低,直接反映了空气流过压气机时的损失情况。压气机叶片尾缘结构对其效率和噪声影响重大,其中三角形尾缘锯齿结构得到了人们的特别关注,为此,对某型轴流压气机叶片尾缘进行典型三角形锯齿建模,通过Fluent软件数值模拟研究锯齿尾缘叶片尾迹区域的三维湍流流场特性,对比分析不同结构形式的三角形锯齿尾缘叶片与无锯齿尾缘叶片对压气机气动损失和气动噪声的影响,并且分析锯齿尾缘叶片的流动损失机理及降噪机理。本论文研究可为高性能、高效率、低噪声压气机优化设计提供数据支撑和理论依据,对压气机的气动设计及声学设计有着重要意义。论文主要研究工作如下:(1)首先选取某型航空发动机压气机叶片NACA651210A为基准叶片,定义为H/W=0,设计了两种典型三角形锯齿尾缘叶片模型分别为H/W=1、2,然后对三个模型H/W=0、1、2进行了精细化的网格划分以及相应边界条件的设置,并且对数值模拟方法——大涡模拟方法和时间步长的选取进行了相应的介绍,最后对仿真结果的正确性与实验数据进行了对比验证。(2)为了探究锯齿尾缘叶片对压气机气动损失和气动噪声的影响,对三个模型H/W=0、1、2进行数值模拟计算,研究结果表明:1)锯齿尾缘叶片对压气机气动损失影响方面,随着锯齿尾缘叶片锯齿齿高宽比H/W的增加,叶片尾迹区域速度相应增大,速度亏损减小,从而减小了叶片的流动损失;然后对比了总压损失的情况,相比无锯齿尾缘叶片H/W=0,两种锯齿尾缘叶片H/W=1、2均起到了降低总压损失的作用,且两者的总压损失系数ξ均为0.086;2)锯齿尾缘叶片对压气机气动噪声影响方面,相比于无锯齿尾缘叶片H/W=0情况,两种锯齿尾缘叶片H/W=1、2都可以降低单音尖峰噪声,其中锯齿尾缘叶片H/W=2可降低单音尖峰噪声高达35dB,而锯齿尾缘叶片H/W=1降噪效果更好,可降低42dB噪声。(3)在研究了锯齿尾缘叶片对压气机气动损失和气动噪声影响的基础上,为了探索气动损失最少,噪声最小的锯齿叶片结构,进一步增加了四种锯齿模型并进行精细化的建模,通过数值模拟获得了如下结论:1)随着锯齿尾缘叶片锯齿齿高宽比H/W的增加,速度亏损逐渐减小,其中锯齿尾缘叶片H/W=2的速度亏损最小,为23.88m/s,而锯齿尾缘叶片H/W=1.2的总压损失最小,总压损失系数ξ=0.083;2)由于锯齿结构的存在,六种锯齿尾缘叶片(H/W=1、1.2、1.4、1.6、1.8、2)均起到了降低单音尖峰噪声的作用,其中锯齿尾缘叶片H/W=1.2、H/W=1.4的噪声最小,两者的单音尖峰噪声均为65dB,降低了45dB的单音尖峰噪声。(4)对于锯齿尾缘叶片H/W=2速度亏损最小,而锯齿尾缘叶片H/W=1.2、H/W=1.4的噪声最小的现象,有必要分析其机理所在,通过对气动损失机理分析和降噪机理分析可知:1)锯齿尾缘叶片对气动损失机理方面,由于叶片尾缘锯齿结构的存在会减小气动损失,气流可以通过锯齿结构的缝隙从叶片压力面流向叶片吸力面,从而达到流动损失控制的目的,并且随着锯齿尾缘叶片锯齿齿高宽比H/W的增加,通过锯齿缝隙从压力面流向吸力面的气流越来越多,当锯齿尾缘叶片H/W=2时,流过的气流最多;2)锯齿尾缘叶片降噪机理方面,单音尖峰噪声的减小是由于叶片展向方向的涡破碎导致,由大尺度涡变成小尺度涡,根据Powell的涡声方程,涡量的减小有利于降低噪声,相比于无锯齿尾缘叶片,锯齿尾缘叶片都具有降低单音尖峰噪声的效果,并且随着锯齿尾缘叶片锯齿齿高宽比H/W的增加,锯齿尾缘叶片H/W=1.2、H/W=1.4展向方向的涡破碎更彻底,因而这两种锯齿结构降噪效果更显著。(5)从以上研究可知,综合考虑压气机的气动损失和气动噪声等性能指标,如总压损失、速度亏损、单音尖峰噪声,为获得高性能、高效率、低噪声压气机优化设计方案,锯齿尾缘叶片锯齿齿高宽比H/W应选在1.2到1.4之间。