葉片稠度對(duì)壓氣機(jī)最大有效靜壓升影響的數(shù)值模擬

王同輝，王志強(qiáng)，王學(xué)高

（南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，南京 210016）

壓氣機(jī)的長度、重量在整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中占比很大，生產(chǎn)、維護(hù)費(fèi)用高昂，并且研發(fā)難度大，技術(shù)含量高，其性能對(duì)整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有決定性的影響。因此，壓氣機(jī)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最關(guān)鍵的部件之一，其性能優(yōu)劣直接影響整機(jī)的研制［1］。

壓氣機(jī)的不穩(wěn)定工作狀態(tài)主要有旋轉(zhuǎn)失速和喘振兩種。旋轉(zhuǎn)失速和喘振現(xiàn)象是葉輪機(jī)械中最嚴(yán)重的氣動(dòng)問題。對(duì)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)而言，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)失速和喘振狀態(tài)不僅會(huì)對(duì)壓氣機(jī)耐久性造成影響，而且會(huì)引起性能降低，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。因此在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中要確保壓氣機(jī)不能進(jìn)入旋轉(zhuǎn)失速和喘振狀態(tài)。因而在壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，需要一種可靠的方法來評(píng)估一臺(tái)新壓氣機(jī)的穩(wěn)定裕度，壓氣機(jī)的穩(wěn)定邊界預(yù)測(cè)問題顯得十分重要［2］。正因?yàn)槿绱?，迄今為止，壓氣機(jī)穩(wěn)定邊界預(yù)測(cè)方法仍然作為外國公司的核心商業(yè)機(jī)密不予公布。

多年來，隨著人們對(duì)壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)不斷深入研究，主要得到了3 類關(guān)于壓氣機(jī)穩(wěn)定性的分析方法。第一類是經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)法。在研究壓氣機(jī)穩(wěn)定性的早期，科研工作者對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)分析和研究，將多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)和工作參數(shù)關(guān)聯(lián)起來，建立起判斷壓氣機(jī)穩(wěn)定性的準(zhǔn)則參數(shù)，以此作為壓氣機(jī)失穩(wěn)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。在這一階段，Emmons等［3-9］提出了多種評(píng)估壓氣機(jī)穩(wěn)定邊界的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則，其中具有代表性的有：Dunham［7］提出將壓氣機(jī)壓升系數(shù)和流量系數(shù)關(guān)聯(lián)曲線上導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)作為壓氣機(jī)的失穩(wěn)邊界點(diǎn)；Leiblein 等［8］提出將擴(kuò)散因子作為壓氣機(jī)穩(wěn)定性判斷的近似準(zhǔn)則；Koch［9］提出用最大靜壓升系數(shù)來評(píng)估壓氣機(jī)的最大壓升潛力。在這類方法中，Koch 提出的最大靜壓升系數(shù)法最具代表性，其關(guān)聯(lián)的影響因素最為全面。第二類方法以小擾動(dòng)的線性穩(wěn)定性理論為主，用于預(yù)測(cè)風(fēng)扇/壓氣機(jī)或壓縮系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性［10-11］。第三類方法不僅關(guān)心風(fēng)扇/壓氣機(jī)或壓縮系統(tǒng)在平衡工作點(diǎn)受小擾動(dòng)的穩(wěn)定性，還非常重視有限擾動(dòng)對(duì)穩(wěn)定性的影響及其發(fā)展情況，以及壓氣機(jī)失速后兩類失速流態(tài)——旋轉(zhuǎn)失速和喘振的性質(zhì)，這類方法為建立在時(shí)域上的時(shí)間推進(jìn)法［12-18］。

20 世紀(jì)80 年代，Koch 提出了采用最大失速靜壓升判斷壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性的方法［9］，該方法屬于經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)法，這類型的方法依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式來判斷壓氣機(jī)狀態(tài)點(diǎn)是否失穩(wěn)，因此有一定的誤差，但是其優(yōu)點(diǎn)是使用簡單、便捷。相對(duì)于另外兩種方法，其優(yōu)勢(shì)為：（1）在壓氣機(jī)設(shè)計(jì)階段，已知壓氣機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，就可以使用該判據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性判別；（2）該判據(jù)適用性較廣，可以用于其他氣動(dòng)計(jì)算程序中。

上述3 類壓氣機(jī)穩(wěn)定性分析方法均存在不足之處，但有文獻(xiàn)表明，Koch 最大有效靜壓升系數(shù)法經(jīng)過不斷發(fā)展之后，至今仍然被GE 公司使用，此前，已有一些關(guān)于最大有效靜壓升的應(yīng)用［19-23］，但是文獻(xiàn)［9］公布的最大有效靜壓升的預(yù)測(cè)曲線是否準(zhǔn)確，國內(nèi)尚無人開展過系統(tǒng)的驗(yàn)證，并且國內(nèi)對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)壓氣機(jī)有效靜壓升影響的研究甚少，對(duì)該方法的有效性和適用性也沒有開展系統(tǒng)的研究。

為探究相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)壓氣機(jī)最大有效靜壓升的影響，本文針對(duì)某單級(jí)低速壓氣機(jī)，通過改變轉(zhuǎn)靜子葉片數(shù)，構(gòu)建了不同葉片稠度的壓氣機(jī)模型，采用三維數(shù)值模擬的方法，研究了葉片稠度的改變對(duì)壓氣機(jī)最大有效靜壓升系數(shù)的影響。

1 研究對(duì)象

本文的研究對(duì)象為課題組設(shè)計(jì)的一臺(tái)等內(nèi)外徑的單級(jí)軸流壓氣機(jī)，負(fù)荷系數(shù)為0.35，靜子葉片的固定形式為懸臂式，該壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，其中，轉(zhuǎn)靜子的設(shè)計(jì)參數(shù)值用斜杠隔開。由于僅研究軸向均勻進(jìn)氣情況，各工況的流場均可近似認(rèn)為軸對(duì)稱分布，葉柵各通道流動(dòng)狀況相似，為了節(jié)省計(jì)算資源和計(jì)算時(shí)間，本文針對(duì)不同計(jì)算模型，均開展了單通道的數(shù)值模擬。計(jì)算模型的3D視圖如圖1 所示。

表1 壓氣機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Compressor design parameters

圖1 計(jì)算模型Fig.1 Computational model

2 數(shù)值模擬方法

本文的數(shù)值模擬計(jì)算采用NUMECA FINE/Turbo 軟件包，計(jì)算類型為定常，求解流動(dòng)方程為雷諾平均的 N-S 方程，湍流模型使用Spalart-Allmaras（S-A）一方程模型。網(wǎng)格劃分采用O4H 網(wǎng)格，即葉片周圍采用O 網(wǎng)格，主流區(qū)及進(jìn)出口區(qū)域采用H 網(wǎng)格。對(duì)上述計(jì)算模型進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，最后確定的滿足計(jì)算要求的網(wǎng)格數(shù)為305 萬個(gè)，第一層網(wǎng)格厚度為0.006 mm。計(jì)算結(jié)果顯示壁面處的Y+都在10 以內(nèi)，說明第一層網(wǎng)格的厚度滿足S-A 湍流模型的計(jì)算要求。

為了研究葉片稠度對(duì)壓氣機(jī)最大有效靜壓升的影響，針對(duì)上述單級(jí)低速壓氣機(jī)，通過改變轉(zhuǎn)靜子葉片數(shù)，構(gòu)建了不同葉片稠度的壓氣機(jī)模型，稠度變化方案如表2 所示。表中，R36-S39（ori）表示基準(zhǔn)型壓氣機(jī)，其轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為36，靜子葉片數(shù)為39，R33-S36 表示此壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為33，靜子葉片數(shù)為36，其余與之類似，表中還給出了不同葉片數(shù)情況下，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)靜子葉片的稠度和無量綱擴(kuò)散長度L/g2。

表2 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)靜子葉片數(shù)改變方案Table 2 Scheme of changing the number of compressor stator blades

3 最大靜壓升系數(shù)法

Koch 基于大量低速軸流壓氣機(jī)和部分高速風(fēng)扇/壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，將風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉柵通道類比于二維擴(kuò)壓器，提出了最大靜壓升系數(shù)的概念來評(píng)估壓氣機(jī)的壓升潛力，得到了壓氣機(jī)失速時(shí)的最大有效靜壓升系數(shù)Ch，ef與無量綱擴(kuò)散長度L/g2的關(guān)聯(lián)曲線，如圖2 所示［9］。利用該關(guān)聯(lián)曲線即可在壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)階段，根據(jù)各級(jí)的無量綱擴(kuò)散長度預(yù)估出各級(jí)的最大有效靜壓升系數(shù)，從而預(yù)測(cè)出整臺(tái)壓氣機(jī)的穩(wěn)定邊界，為壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)提供了極大的便利。

圖2 最大有效靜壓升系數(shù)預(yù)測(cè)曲線[9]Fig.2 Prediction curve of maximum effective static pressure rise coefficient[9]

本文采用數(shù)值模擬的手段對(duì)該方法展開研究，下面將對(duì)該方法進(jìn)行簡單介紹。壓氣機(jī)各排的無量綱擴(kuò)散長度的計(jì)算為式中：Cp為氣體的定壓比熱容，γ為絕熱指數(shù)，T1為級(jí)進(jìn)口面平均靜溫，p1和p2分別為級(jí)進(jìn)出口截面的靜壓值（本文計(jì)算時(shí)分別取為進(jìn)出口截面流量平均的靜壓值，進(jìn)口截面取距轉(zhuǎn)子前緣20 mm 處，出口截面取距靜子尾緣20 mm 處），U為牽連速度，對(duì)于平直流道，U1=U2。

圖3 雷諾數(shù)修正系數(shù)[9]Fig.3 Reynolds number correction factor[9]

圖4 葉尖間隙修正系數(shù)[9]Fig.4 Tip clearance correction factor[9]

圖5 軸向間隙修正系數(shù)[9]Fig.5 Axial gap correction factor[9]

式中：S為中徑處的柵距，ξ為中徑處的安裝角（與軸向夾角）。

同時(shí)還要考慮速度三角形的影響，用級(jí)平均的有效動(dòng)壓頭修正系數(shù)Fef，Stage（有效動(dòng)壓頭修正系數(shù)為有效動(dòng)壓頭和自由流動(dòng)壓頭的比值，具體公式見文獻(xiàn)［9］）對(duì)靜壓升系數(shù)進(jìn)行修正，最終，壓氣機(jī)的有效靜壓升系數(shù)為

4 計(jì)算結(jié)果及分析

本文對(duì)轉(zhuǎn)靜子葉片數(shù)不同的各壓氣機(jī)進(jìn)行相同邊界條件下的數(shù)值模擬，計(jì)算通過逐漸增大背壓使壓氣機(jī)由堵塞工況（大流量）向失速工況（小流量）推進(jìn)，取數(shù)值計(jì)算最后一個(gè)穩(wěn)定收斂的解作為穩(wěn)定邊界工況點(diǎn)。對(duì)各壓氣機(jī)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析葉片稠度對(duì)壓氣機(jī)性能和最大失速靜壓升的影響。

圖6 為稠度不同的各壓氣機(jī)特性對(duì)比圖，其中圖6（a）為效率特性，圖6（b）為壓比特性。對(duì)比圖中轉(zhuǎn)子葉片數(shù)相同，靜子葉片數(shù)不同的3 組曲線可以發(fā)現(xiàn)，隨著靜子葉片數(shù)的增加，壓氣機(jī)大流量工況的效率和壓比均有所下降，而小流量工況的壓比和效率基本沒有變化，此外，隨著靜子葉片數(shù)的增加，壓氣機(jī)失速點(diǎn)流量呈逐漸減小的趨勢(shì)，說明靜子稠度的增加達(dá)到了擴(kuò)大壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍的效果。這是因?yàn)樵诖罅髁繝顟B(tài)下，壓氣機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)相對(duì)較好，沒有出現(xiàn)明顯的流動(dòng)分離現(xiàn)象。靜子葉片稠度的增加，增大了氣流與葉片之間的摩擦面積，導(dǎo)致摩擦損失增大，從而導(dǎo)致大流量狀態(tài)下壓氣機(jī)的壓比和效率都隨稠度的增加而減小。而在小流量狀態(tài)下，由于來流迎角的增加，逆壓力梯度也隨之增大，靜子通道內(nèi)會(huì)出現(xiàn)附面層分離現(xiàn)象。此時(shí)靜子稠度的增加，雖然也增加了摩擦損失，但同時(shí)也增加了靜子通道內(nèi)的擴(kuò)壓長度，減小了逆壓力梯度，達(dá)到了抑制附面層分離、減小流動(dòng)損失的效果。綜合來看，在小流量狀態(tài)下，靜子稠度的增加對(duì)壓氣機(jī)效率和壓比的影響較小。此外，由于靜子稠度的增加，具有抑制附面層分離的效果，從而使得壓氣機(jī)能工作在更高的背壓下，即擴(kuò)大了壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。

進(jìn)一步對(duì)比圖6 中靜子葉片數(shù)相同、轉(zhuǎn)子葉片數(shù)不同的3 組曲線可以發(fā)現(xiàn)，隨著轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的增加，壓氣機(jī)大流量工況的效率和壓比均有所下降，而小流量工況的壓比和效率卻是增加的。這說明與靜子葉片數(shù)增加帶來的影響相同，轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的增加，在大流量工況下，增大了摩擦損失，但在小流量工況下，可以達(dá)到抑制流動(dòng)分離，改善壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的效果，使得壓氣機(jī)效率和總壓比得到提升。通過對(duì)比還可以發(fā)現(xiàn)，靜子葉片數(shù)相同時(shí)，隨著轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的增大，壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍基本不變，穩(wěn)定邊界點(diǎn)流量變化不明顯，但其穩(wěn)定邊界點(diǎn)的效率和壓比都隨著轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的增加而增大，壓氣機(jī)近失速點(diǎn)壓升能力增強(qiáng)。

圖6 葉片數(shù)不同時(shí)壓氣機(jī)的效率和壓比特性對(duì)比圖Fig.6 Comparison diagram of compressor efficiency and pressure ratio characteristics when the number of blades is different

綜合轉(zhuǎn)靜子葉片稠度變化對(duì)壓氣機(jī)性能的影響可以看出，在不同工況下，轉(zhuǎn)靜子葉片稠度的變化對(duì)壓氣機(jī)性能的影響是相同的，在大流量工況下，稠度增大會(huì)增大摩擦損失，降低壓氣機(jī)性能，而在小流量工況下，稠度的增加，可以起到抑制流動(dòng)分離，減小流動(dòng)損失，提高壓氣機(jī)性能的作用。另外，針對(duì)本文研究的這組壓氣機(jī)而言，流動(dòng)失穩(wěn)可能起始于靜子通道，所以靜子稠度的增加可以擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍，而轉(zhuǎn)子稠度的增加并沒有與之類似的效果。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上文的分析，給出了靜子葉片數(shù)不同的壓氣機(jī)模型在近失速工況下的流場分布，圖7 為靜子葉片通道內(nèi)不同軸向截面處的相對(duì)馬赫數(shù)云圖。從圖中可以看出，靜子葉片通道內(nèi)的流動(dòng)分離主要集中在兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是葉根區(qū)域由徑向間隙處泄漏流引起的泄漏渦，另一個(gè)是頂部附近的葉片附面層分離。對(duì)不同壓氣機(jī)的馬赫數(shù)云圖進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，靜子葉片數(shù)變化時(shí)，馬赫數(shù)云圖變化很小。隨著靜子葉片數(shù)的增加，靜子葉片通道內(nèi)的分離渦略有減小，這是因?yàn)殡S著靜子葉片數(shù)的增加，葉片對(duì)氣流的約束略有增強(qiáng)，從而抑制了流動(dòng)分離，減小了流動(dòng)損失。結(jié)合上文壓氣機(jī)特性線分析，在近失速區(qū)，靜子葉片數(shù)的增加一方面使得摩擦損失增大，另一方面又能夠抑制流動(dòng)分離，所以近失速區(qū)壓氣機(jī)的效率和壓比基本不變。此外，從特性變化可以看出，靜子葉片數(shù)的增加，可以使得壓氣機(jī)失速點(diǎn)流量減小。圖7 中對(duì)比的各壓氣機(jī)雖然都是在近失速工況下，但各壓氣機(jī)的工作流量是不同的。靜子葉片數(shù)最多的壓氣機(jī)其近失速點(diǎn)工作流量最小、負(fù)荷最大，但其靜子葉片通道內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)與其他壓氣機(jī)相比沒有惡化，這也從一個(gè)側(cè)面說明，靜子葉片數(shù)的增加可以更好地控制靜葉內(nèi)部的流動(dòng)分離，提高壓氣機(jī)的擴(kuò)壓能力。

圖7 靜子葉片數(shù)不同時(shí)近失速點(diǎn)相對(duì)馬赫數(shù)分布Fig.7 Relative Mach number distribution near stall point when the number of stator blades is different

圖8 為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)不同的壓氣機(jī)模型在近失速工況下，轉(zhuǎn)子葉片通道10%葉高S1 流面熵云圖。從圖中可以看出，轉(zhuǎn)子葉片吸力面尾緣的高熵區(qū)非常明顯，這說明轉(zhuǎn)子葉片吸力面尾緣發(fā)生了較嚴(yán)重的氣流分離，造成了很大的流動(dòng)損失。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，隨著轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的增加，轉(zhuǎn)子葉片尾緣高熵區(qū)范圍逐漸變小，且熵增也逐漸減小，這說明葉片數(shù)的增多有利于氣流組織，可以抑制附面層分離，改善壓氣機(jī)內(nèi)部流場，減小流動(dòng)損失。結(jié)合上文壓氣機(jī)特性線分析，在近失速區(qū)轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的增加雖然使得摩擦損失增大，但同時(shí)抑制了流動(dòng)分離，所以近失速區(qū)壓氣機(jī)的效率和壓比反而增大了，相應(yīng)的擴(kuò)壓能力也得到了提高。

圖8 轉(zhuǎn)子葉片數(shù)不同時(shí)近失速點(diǎn)10%葉高S1 流面熵分布Fig.8 Entropy distribution of S1 flow surface at 10% blade height near stall point when the number of rotor blades is different

圖9 為葉片數(shù)不同時(shí)壓氣機(jī)的靜壓升系數(shù)隨流量變化曲線。從圖中可以看出，葉片數(shù)不同時(shí)，壓氣機(jī)的靜壓升系數(shù)均隨著流量的減小而增大，靜壓升系數(shù)在穩(wěn)定邊界工況點(diǎn)達(dá)到最大值，這說明將最大靜壓升系數(shù)作為預(yù)測(cè)壓氣機(jī)穩(wěn)定邊界的判據(jù)是可行的。

圖9 壓氣機(jī)的靜壓升系數(shù)隨流量變化曲線Fig.9 Variation curves of compressor static pressure rise coefficient with flow

圖10 為葉片數(shù)不同時(shí)各壓氣機(jī)的最大有效靜壓升系數(shù)對(duì)比圖，同時(shí)，圖中還給出了文獻(xiàn)［9］提供的最大有效靜壓升系數(shù)關(guān)聯(lián)曲線。從圖中可以看出，轉(zhuǎn)靜子葉片數(shù)不同時(shí)，各壓氣機(jī)的最大有效靜壓升系數(shù)較為均勻地分布于Koch 最大有效靜壓升系數(shù)預(yù)測(cè)曲線的周圍，計(jì)算所得的最大有效靜壓升系數(shù)的變化趨勢(shì)與Koch 最大有效靜壓升系數(shù)預(yù)測(cè)曲線基本一致，但相對(duì)位置均有所偏高，表明數(shù)值計(jì)算得到的不同壓氣機(jī)最大有效靜壓升略高于預(yù)測(cè)值。表3 中給出了葉片數(shù)不同時(shí)，最大有效靜壓升系數(shù)的數(shù)值模擬結(jié)果、預(yù)測(cè)值以及兩者間的相對(duì)誤差。由表3 可知，R33-S39 的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與預(yù)測(cè)值的相差最大，但相對(duì)誤差也僅為3.28%，這說明本文按照Koch 提出的最大有效靜壓升系數(shù)法的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與其通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得的關(guān)聯(lián)曲線非常接近，表明計(jì)算結(jié)果的可靠性足夠高，同時(shí)也從數(shù)值模擬的角度驗(yàn)證了以最大有效靜壓升作為壓氣機(jī)穩(wěn)定性判據(jù)的有效性。為了便于讀者對(duì)本文計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，表4 給出了R36-S39 算例的詳細(xì)氣動(dòng)參數(shù)。

圖10 壓氣機(jī)的最大有效靜壓升系數(shù)對(duì)比圖Fig.10 Comparison diagram of maximum effective static pressure rise coefficient of compressor

表3 最大有效靜壓升系數(shù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果與預(yù)測(cè)值的對(duì)比Table 3 Comparison between numerical calculation results and predicted values of maximum effective static pressure rise coefficient

表4 R36-S39 氣動(dòng)參數(shù)Table 4 R36-S39 aerodynamic parameters

其次，通過對(duì)各壓氣機(jī)最大有效靜壓升系數(shù)的對(duì)比可得，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片數(shù)相同時(shí)，壓氣機(jī)的最大有效靜壓升系數(shù)隨著靜子葉片數(shù)的增加而增大，當(dāng)靜子葉片數(shù)相同時(shí)，壓氣機(jī)的最大有效靜壓升系數(shù)也隨著轉(zhuǎn)子葉片數(shù)的增加而增大。結(jié)合上面的壓氣機(jī)特性曲線可知，當(dāng)轉(zhuǎn)靜子葉片數(shù)增加時(shí)，壓氣機(jī)近失速點(diǎn)壓比均增大，壓氣機(jī)的最大壓升能力增強(qiáng)，最大有效靜壓升系數(shù)增大。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)某單級(jí)低速壓氣機(jī)，通過改變轉(zhuǎn)靜子葉片數(shù)，構(gòu)建了不同葉片稠度的壓氣機(jī)模型，通過三維數(shù)值模擬的方法，研究了轉(zhuǎn)靜子葉片稠度變化對(duì)壓氣機(jī)最大有效靜壓升的影響，得出以下結(jié)論：

（1）轉(zhuǎn)靜子葉片數(shù)的增加都能夠抑制附面層分離，減小流動(dòng)損失，在近失速點(diǎn)，壓氣機(jī)壓比隨著葉片數(shù)的增加而增大，壓氣機(jī)的最大壓升能力增強(qiáng)，其最大有效靜壓升也增大。在葉片數(shù)改變時(shí)，數(shù)值計(jì)算所得最大有效靜壓升系數(shù)的變化規(guī)律與Koch 最大有效靜壓升預(yù)測(cè)曲線的變化趨勢(shì)相同，即隨著葉片稠度的增大，壓氣機(jī)的最大有效靜壓升系數(shù)增大。

（2）計(jì)算結(jié)果表明壓氣機(jī)在穩(wěn)定邊界工況點(diǎn)達(dá)到最大有效靜壓升，這說明將最大有效靜壓升系數(shù)作為預(yù)測(cè)壓氣機(jī)穩(wěn)定邊界的判據(jù)是可行的。其次，通過對(duì)葉片稠度不同時(shí)各壓氣機(jī)的最大有效靜壓升系數(shù)與Koch 最大有效靜壓升預(yù)測(cè)曲線的對(duì)比，從數(shù)值模擬的角度驗(yàn)證了以最大有效靜壓升作為壓氣機(jī)穩(wěn)定性判據(jù)的有效性。