发展了一种能够较为准确预测跨音速多级轴流压气机气动性能的准一维数学模型。该模型基于欧拉方程外加源项的方法,可对多级轴流压气机的气动性能进行数值模拟。方程中的源项用于表示叶片、壁面摩擦以及流道面积变化对气流的影响,可以通过求解叶片排的进出口速度三角形求得。通过对跨音速压气机内部复杂的三维流动现象进行了简化,发展了合适的损失系数和落后角模型用来计算得到叶片排出口参数。对两种不同的多级跨音速压气机进行了数值模拟并与实验结果进行了对比,验证了本模型能够较为准确地模拟出跨音速轴流压气机的气动性能,但计算的精确度还需要根据不同的压气机类型对经验公式的系数进行优化。发展的模型根据压气机简单的几何尺寸就能对其气动性能做出较为准确的预测,这在压气机的预设计以及优化阶段有着重要的指导作...

这里基于CFD数值计算的结果，对5种工程上常用的涡轮叶尖间隙流动损失模型进行了全面的分析比较。数值结果表明，由于在建立模型时使用的实验数据的局限性，使得现有不同涡轮叶尖间隙损失模型之间的计算结果具有相当大的差异。对三种不同负荷大小的涡轮叶片预测结果及与CFD数值计算的结果对比说明，对于轻负荷涡轮叶片，目前所有损失模型预测结果是偏大的，而对于高负荷不考虑旋转因素的涡轮叶片，所有损失模型预测结果是偏小的，但对于考虑旋转因素的高负荷涡轮叶片，Ainley—Mathieson损失模型和Yaras损失模型的预测结果与数值计算结果比较接近。

增压器轴流涡轮快速高效的初步设计可以减短涡轮的设计周期,提升涡轮增压器效率。根据轴流涡轮的热力工作过程建立了合理的数学模型,以最小出口绝对马赫数为目标,对该数学模型进行了约束控制,结合损失模型开发了轴流涡轮的一维设计优化程序,得到涡轮机的几何参数,进行三维建模,整个过程极大地简化了轴流涡轮的设计建模流程,实现了单级增压轴流涡轮的高效设计。利用南京航空航天大学某微型轴流涡轮验证了程序设计与建模方法的可行性,得到性能曲线与文献值吻合较好,流量最大误差在±6.6%以内,总总效率最大误差为1.8%;并将该方法应用于NASA单级轴流涡轮的验证,在40%、70%、100%设计转速下的阻塞流量预测误差不超过1%,从而验证了设计计算程序与建模方法的准确性与可行性,同时显示出较好的预测效果。

轴流涡轮损失预测模型是开展先进轴流涡轮设计优化、特别是低维快速性能预测的重要工具和基础,更准确通用的损失模型一直是涡轮气动热力学领域研究的重点。近年来,精细化设计理念的深入对损失模型提出更高的精度要求,同时先进实验测量方法和数值模拟技术的发展也为建立更精准的损失模型提供了可能。因此,本文首先梳理了轴流涡轮损失模型的发展历程及近年来的发展趋势,并结合最新研究进展分析目前仍存在的不足,最后对轴流涡轮损失模型的未来研究重点和发展趋势进行展望。