论文摘要：轴流压气机实现非定常耦合流型的实验研究

非定常流问题是阻碍轴流压气机进一步发展的最大‘瓶颈’，但目前研究人员却一直苦于无法找到解决该问题的有效途径。自2001年以来，以周盛教授为首的研究组提出了轴流压气机非定常耦合流型理论，该理论的提出为研究轴流压气机非定常流动指明了新的方向，一旦其理论体系取得突破将有望为实现叶轮机技术发展的又一次飞跃奠定基础。论文研究工作正是围绕流型理论展开，在低速轴流压气机上进行了一系列的实验验证研究，并对新理论在轴流压气机内的工程应用途径和应用前景进行了积极探索。轴流压气机内流型的命名和划分，对于流型理论的发展和完善具有重要的意义。论文首先对现有的流型理论体系进行了详细分析，针对流型的命名和划分以及存在的缺陷提出了自己的观点，继而明确了“两种流态、一代流型”的概念，并进一步指出探索轴流压气机内实现非定常耦合流型的方法和技术途径将是今后研究工作的重点。其次，论文针对非定常参数测量中的问题，发展了一套在绝对坐标系下测量旋转坐标系内非定常旋涡脱落特征频率的实验测量和分析方法。通过该实验方法，能够准确地捕捉到旋转部件流场的动态信息，得到与实现耦合流型密切相关的非定常旋涡脱落特征频谱结构。该方法还能够使实验测量得以大大简化，有效的降低实验难度和实验成本，并对叶轮机非定常流动实验技术研究具有应用价值。论文在真实旋转压气机实验台上验证了轴流压气机非定常耦合流型理论，在国际上尚属首次。首先，采用外加声激励的方法，模拟压气机的周期性非定常进口边界条件，通过对比分析不同流态对压气机气动性能的影响，探索实现两种流态相互转换的有效感受性条件。实验结果表明，在一定频率、幅值条件的外加激励作用下，能够促使压气机内部流动状态由非定常自然流态向非定常耦合流态转换，并最终在轴流压气机内实现非定常耦合流型，从而可有效的改善压气机非设计工况下的气动性能和流动稳定性。其次，论文又进一步展开了轴流压气机非定常尾流撞击效应（WIE）实验研究，探索在轴流压气机内实现非定常耦合流型的方法和技术途径。实验研究结果表明：通过优化上游叶排叶片数目，合理组织叶排间非定常绕流的相互作用，也能够促使非定常自然流态向非定常耦合流态转化，并实现非定常耦合流型。最大可使压气机总压升、效率和失速裕度相对增量分别达到4.52％、1.53％和24.9％。最后，论文还对在轴流压气机内实现非定常耦合流型的实际工程应用前景做了初步的探索，尤其是在不同的工作状态下研究尾流撞击耦合效应对压气机性能的影响。其结果表明，不改变设计方案，尾流撞击在80%～100%工作转速范围内均可不同程度的改善压气机时均性能和气动稳定性，尾流撞击表现出很强的“频率锁定”效应，在不同的工作转速下均能发挥作用。论文在上述研究中所得到的成果，使得轴流压气机非定常耦合流型理论体系得到进一步完善，并且能够对流型理论在风扇/压气机系统的工程应用提供前瞻性的研究基础。

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