為了探索大負(fù)荷大流量風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵氣動設(shè)計技術(shù)和內(nèi)部流動機(jī)理，本文設(shè)計了一臺干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)，其壓力比為1.20，負(fù)荷系數(shù)為0.83。詳細(xì)研究了流量系數(shù)、反力等設(shè)計參數(shù)的影響規(guī)律，給出了相應(yīng)的選擇原則。分析了葉片負(fù)荷調(diào)節(jié)、葉片彎曲和葉片端部彎曲對葉柵流動、級匹配和級性能的影響，給出了高負(fù)荷軸流風(fēng)機(jī)三維葉片設(shè)計的基本原則。同時，開發(fā)了S1流面協(xié)同優(yōu)化方法，取得了較好的效果。降低了定子損耗，增大了風(fēng)機(jī)裕度。在端部彎曲建模的基礎(chǔ)上，適當(dāng)疊加葉片正彎曲建模，可以減小端部攻角，保證定子葉片和級間的有效流動。高壓風(fēng)機(jī)的設(shè)計通常采用離心風(fēng)機(jī)，但離心風(fēng)機(jī)存在迎風(fēng)面積大、流量小、效率低等缺點(diǎn)。針對大流量、高壓力比、率的設(shè)計要求，如何完成單級軸流設(shè)計成為研究的重點(diǎn)。長期以來，軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計方法得到了發(fā)展。從孤立葉型法、葉柵法、降功率法到目前廣泛采用的準(zhǔn)三維、全三維氣動設(shè)計方法，甚至到S1流面葉型優(yōu)化[6]、三維葉型優(yōu)化、干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)三維葉型技術(shù)，已經(jīng)有了大量的研究工作。用于提高設(shè)計方法的準(zhǔn)確性和快速性。以率、高負(fù)荷為設(shè)計目標(biāo)，通過合理選擇總體參數(shù)，優(yōu)化了干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)流面葉片的初步設(shè)計和三維疊加，實(shí)現(xiàn)了軸流風(fēng)機(jī)的氣動設(shè)計。

干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)四種不同結(jié)構(gòu)尺寸的半圓形軸縫。模擬和試驗(yàn)結(jié)果表明，軸向縫處理技術(shù)不僅能達(dá)到穩(wěn)定膨脹效果，而且能在設(shè)計速度下提率和壓力比。套管壁環(huán)對簡單干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)性能的影響。結(jié)果表明，環(huán)形結(jié)構(gòu)能有效地削弱葉頂間隙渦，甚至抑制其產(chǎn)生，有效地提高了風(fēng)機(jī)的總壓和效率。全冠、部分冠和加強(qiáng)型部分冠對干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)氣動性能的影響。結(jié)果表明，部分冠形能削弱泄漏流和二次流的強(qiáng)度，與全冠形相比，部分冠形的效率提高了0.6%。同時，反應(yīng)性的大小意味著轉(zhuǎn)子和定子葉片需要達(dá)到的靜壓上升的大小。Satish Koyyalamudi和Nagpurwala[17]對離心式壓縮機(jī)的導(dǎo)葉進(jìn)行了處理。結(jié)果表明，改進(jìn)后的壓氣機(jī)峰值效率降低了0.8%~1%，失速裕度提高了18%，阻塞流量提高了9.5%。葉頂間隙形態(tài)的研究主要集中在離心式、軸流式壓縮機(jī)和渦輪上，而葉頂間隙形態(tài)對軸流風(fēng)機(jī)特別是動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)性能影響的研究相對較少。考慮到優(yōu)化葉頂間隙形狀可以有效地提高風(fēng)機(jī)的性能，對OB-84動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)在均勻間隙、逐漸收縮和逐漸膨脹等六種非均勻間隙下的性能進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。比較了不同葉尖間隙形狀下的內(nèi)部流動特性、總壓分布和葉輪作用力，分析了漸縮型和漸擴(kuò)型。間隙對風(fēng)機(jī)性能影響的內(nèi)在機(jī)理。

干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)在0.05<r<0.4的范圍內(nèi)，a的變化很小。當(dāng)0.4<r<0.85時，_a逐漸增大，在85%葉高時達(dá)到較大值，說明該區(qū)域具有更大的機(jī)械能和更強(qiáng)的循環(huán)能力。與均勻間隙相比，方案2和方案6的葉尖間隙形狀在0<r<0.5時基本保持不變，說明葉尖間隙形狀的變化對葉片底部到中部沒有影響，但在方案2下，干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)葉尖間隙高于均勻間隙，而葉片TiP間隙小于均勻間隙。這是由于葉尖渦度強(qiáng)度增大，泄漏流減弱，葉片前緣渦度明顯增大和減小。由于葉尖泄漏流的存在，葉尖壓力比與氣流角（圖中灰色虛擬線圈所示的面積）之間存在一定的偏差，但通過三維CFD的修正，s2的設(shè)計趨勢預(yù)測了葉尖泄漏流對氣動參數(shù)徑向分布的影響。減輕了主流與泄漏流的相互作用，削弱了泄漏渦的強(qiáng)度，增強(qiáng)了葉片中上部的流動能力，增加了獲得的能量。在方案6中，在0.5<r<0.85的范圍內(nèi)，均勻間隙也略有增大，但接近較大的速度明顯減小。這是由于葉尖渦度強(qiáng)度隨間隙的均勻變化而略有變化，對泄漏流影響不大，而葉尖前緣渦度強(qiáng)度顯著增大，導(dǎo)致葉尖a減小，總流量減小，能量降低，從而提高了風(fēng)機(jī)效率。ENcy略有下降。也就是說，為了更直觀地反映干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)葉頂間隙形狀變化對葉頂附近速度場的影響，90%葉片高度截面的軸向速度分布如圖7所示。

在干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)葉片前緣形成了C形軸向速度分布，在翼型阻力的作用下，流入流的軸向速度減小，形成了一個低速區(qū)。吸入面沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的相反方向形成橫向壓力梯度。根據(jù)機(jī)翼理論，通過吸力面的速度高于通過壓力面的速度，吸力面后緣形成高速區(qū)。進(jìn)一步討論了動葉區(qū)中間流動面內(nèi)的總壓力分布。分析了在設(shè)計流量下動葉區(qū)中流面內(nèi)的總壓分布。模擬了三種干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)不同長度和初始位置的吸力面小翼葉柵的內(nèi)部流場。由于干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)葉片壓力面所做的工作，壓力面上的總壓力明顯高于吸力面上的總壓力，總壓力沿動葉片旋轉(zhuǎn)方向由壓力面逐漸下降到吸力面?？倝褐饾u升高，但吸入面略有變化。這是因?yàn)楫?dāng)氣流通過葉柵時，從吸力面到相鄰葉片壓力面的離心力沿葉片高度逐漸增大。為了抵消離心力的影響，將葉片設(shè)計為扭曲葉片后，沿葉片高度方向產(chǎn)生橫向壓力梯度，使兩個力達(dá)到平衡，吸力面附近有一個負(fù)壓區(qū)。由于干燥機(jī)的風(fēng)機(jī)葉片的吸入面和壓力面之間的壓差較大，位于壓力側(cè)的流體通過葉尖間隙流向吸入面，導(dǎo)致葉尖間隙中的泄漏流。泄漏流與主流相互作用，產(chǎn)生較大的泄漏損失。