燃气轮机作为天然气集中式发电、分布式发电以及基于天然气的多能互补系统的核心动力设备,其对于能源电力行业有着重要意义。压气机作为燃气轮机的三大主要部件之一,其性能和可靠性直接决定燃气轮机能否安全高效运行。从气动设计体系和叶片设计技术两方面对压气机气动设计技术的进展和现状进行综述研究。在气动设计体系方面,已经从基于二维通流设计的准三维设计体系发展到目前三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术与通流相结合的三维气动设计体系。在叶片设计方面,从传统的系列叶型和二维叶型优化发展到了全三维叶片和端壁造型技术。研究还指出,各三维设计元素对多级压气机内部三维流场的影响是非线性的,压气机三维优化设计应当考虑全局,通过迭代过程获得各三维设计元素的最佳组合,从而提高压气机的效率和裕度。

针对高负荷压气机难以控制角区的二次流、叶片表面存在大规模边界层分离等技术瓶颈,本文提出了一种三维端壁型线的气动优化方法,对高负荷压气机轮毂型线优化进行了研究,并对所采用的方法进行了验证,开发了相应的优化系统。结果表明,所采用的端壁型线优化方法能有效抑制附面层分离,降低吸力面转角区域二次流的强度和规模。因此,叶片通道控制流动方向和优化流动条件的能力得到了扩展。压气机级的整体气动性能,如失速裕度和等熵效率也得到了提高。优化后,在通流能力较好的情况下,压气机级的气动效率达到了88.59%,提高了1.05%。本文提出的方法和相应的系统很好地促进了压气机气动设计系统的发展,具有良好的工程应用前景,为压缩系统获得更突出的通载能力和更好的流动结构提供了新的思路和解决方案。