以某典型压气机级为研究对象,利用三维数值模拟方法系统、定量地研究了壁面粗糙度变化对轴流压气机气动性能的影响,揭示了壁面粗糙导致压气机性能退化的内在机制。结果表明壁面粗糙度增大会降低压气机总压比和等熵效率,且粗糙度越大,性能衰退越快;当壁面粗糙度超过90μm时,压气机的总压比和等熵效率分别下降2.58%和7.15%;近壁区气流的黏性耗散,分离区气流掺混、堵塞的增强,以及激波损失是导致压气机性能退化的主要原因;壁面粗糙度增大将使压气机特性线向流量减小的方向移动,近失速点的特性参数减小得更快,压气机的稳定工况范围有所增大,但通流能力大幅降低;当壁面粗糙度超过150μm时,失速工况提前发生,压气机稳定工作范围迅速减小6.21%。

为研究动叶间隙大小对压气机性能及流动的影响,以一台高亚声速一级半压气机级为研究对象,在设计间隙、0. 5倍、1. 5倍及2倍设计间隙下进行定常三维数值模拟。计算结果表明,随着间隙增大,压气机效率及总压比下降。大间隙下泄漏流增强,导致动叶叶尖及其下游区域损失增加,压气机转子效率随间隙增大而线性下降;同时,泄漏流的增强也恶化了动静叶匹配,导致静叶上端壁产生额外损失,压气机级效率下降幅度大于转子效率。

为研究动叶间隙大小对轴流压气机近失速叶尖流动的影响,以一台高亚声速一级半压气机级为研究对象,在设计间隙、小间隙及2个大间隙下进行定常三维数值模拟。计算结果表明,设计间隙下压气机喘振裕度最大,随着间隙增大,裕度近似呈线性降低,失速形式由动叶吸力面分离引起的'叶尖失速'转变为'泄漏涡堵塞失速'。大间隙情况下,叶尖前缘附近发出的泄漏流形成松散的涡系结构,诱导中部及尾缘附近泄漏流共同形成回流及大量二次泄漏,堵塞转子通道进口,引起失速的发生。