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在压气机中叶尖泄漏流不仅仅造成机械能的损失,其泄漏涡的发展、融合与破碎过程还会严重影响压气机主流流场,造成压气机做功能力下降,严重时还会引发失速、喘振现象。对压气机叶尖区域流场的系统性认知有助于改善压气机的性能,同时还能提高压气机的稳定工作范围。本文采用数值模拟结合实验的方法对扩压叶栅叶尖流场的旋涡结构以及引起的气动损失进行了详细的分析,主要内容及其相关结论如下: 1、本文首先利用平面叶栅物面拓扑分析的手段结合前人的研究成果校验了数值模拟的可靠性,并在此基础上对典型叶尖流场的旋涡结构和叶尖损失进行了研究,结果表明,叶尖流场主要存在着叶尖分离涡、叶尖二次涡、叶尖泄漏涡三种流向涡。此外,由于进口来流附面层与叶背表面分离流的汇合,使得叶顶叶背尾部角区产生了两种展向涡结构,分别是角区分离涡和尾缘脱落涡,到达叶顶汇合后的展向涡与流向方向的叶尖二次涡和叶尖分离涡发生耦合作用,这些涡与叶尖泄漏涡最终大约在109%轴向弦长处汇合在一起沿下游发展。并在上述分析的基础上得到了典型叶尖流场的涡系结构模型。叶尖泄漏流与主流的掺混损失是典型叶尖流场气动损失的主要部分,叶尖泄漏流的垂直于弦长方向的射流作用能使叶片吸力面的中上部分的附面层损失减少,叶尖二次涡沿着弦长方向向下游流动时涡核的径向位置越来越远离吸力面顶部,其尺寸也是越来越大的。 2、本文设计了针对平面叶栅叶尖流场的PIV测量实验。实验通过测量典型叶栅叶尖流场数据,不仅验证数值计算正确性的同时也为后续叶尖流场影响因素的数值模拟分析做好了基础。 3、本文选取了对叶尖流场影响较为显著的三种因素,分别对叶尖流场涡系结构和叶尖损失这两方面的影响进行研究。本文所用的平面叶栅存在着最佳间隙,在叶尖间隙很小时(小于最佳间隙值),叶尖流场并没有叶尖泄漏涡的存在,当叶尖间隙大于最佳间隙值时,开始出现了叶尖泄漏涡。进口马赫数的改变不会改变叶尖流场涡旋结构种类,随着进口马赫数的增加,叶尖掺混损失随之增加,而同时叶栅内涡旋引起的气动损失随之减少,能保证叶栅总损失基本不变。端壁相对移动使得叶尖泄漏涡远离叶片吸力面向流道中部移动,泄漏流与主流的掺混损失增大,但是由于叶尖泄漏涡与通道涡的相互作用减弱使得叶栅内涡旋能量损失系数降低,两者综合效果使得叶栅内总的气动损失降低,因此上端壁的相对移动对减少叶栅内的气动损失是有益的。