压气机叶栅端区造型优化与数据挖掘流动机理分析

作     者：申轶豪 楚武利 董杰忠 翟益琛 莫喻钦 

作者机构：西北工业大学动力与能源学院 

出 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(52076179) 

主　　题：压气机叶栅 叶根倒圆 非轴对称端壁 多目标优化 数据挖掘 

摘      要：为了改善压气机近端区流动，减小总压损失，对压气机叶栅进行叶根倒圆/非轴对称端壁造型联合优化，并深入研究造型对流场的作用机理。损失源分析表明，在设计工况，优化造型中通道损失与叶表损失均下降超过10%。而在近失速工况下，除前缘损失外，其余四个区域耗散损失均显著降低，其中叶栅通道耗散强度下降最显著，通道损失降低超过30%。设计工况下性能最优的样本中，端壁造型使全局总压损失增大0.023%，叶根倒圆使损失降低1.67%，但耦合方案使总压损失降低1.86%。这表明，耦合方案对角区分离作用复杂，损失改善效果并不是两种单一流动控制方式改善损失的简单线性叠加。此外，叶根倒圆与端壁造型单一流动控制对涡流结构的影响仅局限于叶片之间的流道范围内，而优化后的耦合方案除了影响通道涡结构外，也使尾缘气流更加均匀，显著降低了尾缘后掺混涡强度，这也是耦合方案显著降低近失速工况损失的主要原因。数据挖掘研究发现，设计工况前缘点倒圆厚度不宜设置过大，前缘段近压力侧端壁造型过大凹陷与凸起均使损失上升；近失速工况下吸力面中部（60%轴向弦长附近）的倒圆设置较大厚度会对流场性能带来改善效果；而60%轴向弦长位置端壁造型的剧烈起伏会对两工况性能均产生有害影响，造型时应更加谨慎。