高溫烘箱風(fēng)機初步設(shè)計完成后，本文的氣動設(shè)計流程在初步設(shè)計中進一步優(yōu)化了S1流面上葉片和葉片的三維疊加，從而完成了詳細(xì)的氣動設(shè)計，達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)。除求解三維流場的N-S方程外，其余部分由氣動中心自己的程序完成，保證了過程的平穩(wěn)、快速。流量系數(shù)的選擇通過改變速度三角形的軸向速度來影響轉(zhuǎn)子和定高溫烘箱風(fēng)機葉片的擴散系數(shù)。隨著流量系數(shù)的增大，定、轉(zhuǎn)子葉片的擴散系數(shù)均減小。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。本文的初步設(shè)計方案設(shè)置為圖3中箭頭所示的方案，限制為0.55。同時，高溫烘箱風(fēng)機的流量系數(shù)的選擇對級效率有影響：級效率隨動、靜葉進口馬赫數(shù)的增加而降低；級效率隨流量系數(shù)的增加而降低，執(zhí)行機構(gòu)葉片損失隨T進口載荷的增加而增加。轉(zhuǎn)子和定子葉片，而轉(zhuǎn)子葉片進口馬赫數(shù)略有增加，導(dǎo)致級效率提高；定子進口馬赫數(shù)隨反應(yīng)性降低而增加，導(dǎo)致定子損失增加。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。隨著反應(yīng)性的增加，動葉擴壓系數(shù)增大，靜葉擴壓系數(shù)隨反應(yīng)性的減小而增大。本文選取一定的反應(yīng)性使轉(zhuǎn)子和定子葉片的擴散系數(shù)基本相同。

本文列舉了高溫烘箱風(fēng)機靜音扇葉，說明了S1流面優(yōu)化設(shè)計在風(fēng)機詳細(xì)設(shè)計過程中的作用。根系頂部三個橫截面的流入條件不同，如表3所示。根部設(shè)計點的進口氣流角較大，高溫烘箱風(fēng)機工作范圍不同于其它兩段。由于轉(zhuǎn)子葉片泄漏流的影響，頂部馬赫數(shù)較小，工作范圍較大。采用多島遺傳算法進行優(yōu)化，種群44，孤島7，代數(shù)7。三個截面共優(yōu)化了22個葉片型線參數(shù)，包括較大厚度位置、安裝角度、中弧控制點、吸入面控制點等。當(dāng)優(yōu)化后的葉片型線三維疊加時，高溫烘箱風(fēng)機葉片上半部分略微向后彎曲，可能導(dǎo)致優(yōu)化后的定子葉片損失增加。將優(yōu)化后的靜葉恢復(fù)到級環(huán)境中，得到了三維數(shù)值模擬結(jié)果。在設(shè)計點流量下，靜葉吸力面邊界層變薄，堵塞面積減小。計算了級間環(huán)境下兩葉型風(fēng)機特性線和兩定子葉片變攻角特性線。從圖17可以看出，定子葉片損失減小，裕度增大，這與不同截面的S1流面性能分析結(jié)果相似。但由于高溫烘箱風(fēng)機氣流角的匹配問題，級效率沒有明顯提高，之間失速裕度由27.1%提高到34.9%。針對葉片高度方向的不均勻進口流動情況，在詳細(xì)設(shè)計中采用了端部彎曲技術(shù)來匹配定、轉(zhuǎn)子葉片之間的流動角。同時，高溫烘箱風(fēng)機設(shè)計點的氣動性能滿足一定要求，否則，可以以罰函數(shù)的形式盡快完成葉型的氣動分析，提高優(yōu)化過程的快速性。

當(dāng)高溫烘箱風(fēng)機葉頂間隙形狀發(fā)生變化時，不可避免地會引起葉頂及其附近的吸力面和壓力面流場的分布。由于葉尖間隙的存在，泄漏流將與通道內(nèi)的主流混合，在吸入面頂角形成泄漏旋渦。高溫烘箱風(fēng)機與方案3相比，方案2具有幾乎相同的區(qū)范圍，但葉尖間隙較大，有利于防止動靜部件之間的摩擦，而方案6具有明顯的性能退化，易于分析其損耗機理。為此，分析了三種葉尖間隙：均勻間隙、方案2和方案6。旋渦是描述旋渦運動的重要特征量，其大小可以反映旋渦的強度。在間隙均勻的情況下，渦量分布從葉片前緣到后緣呈下降趨勢，流入量能有效地粘附在吸力面上，因此高溫烘箱風(fēng)機渦量相對較小。由于主流與泄漏流的相互作用，葉片頂端的渦度比吸力面大得多，較大渦度出現(xiàn)在吸力面拐角處和葉片頂端附近。中間葉片頂部渦度強度明顯增大，這是由于間隙收縮導(dǎo)致葉片前緣泄漏面積增大，導(dǎo)致泄漏流量增大，主流與泄漏流量的混合程度增大，渦度強度增大。高溫烘箱風(fēng)機葉尖間隙的大小沿流動方向減小，即葉片葉尖越靠近殼體，泄漏旋渦越靠近葉片上部和中部。副作用減少。在確定優(yōu)化目標(biāo)時，綜合考慮了設(shè)計點的性能和非設(shè)計條件，高溫烘箱風(fēng)機對有效范圍內(nèi)的剖面性能進行了研究。

在高溫烘箱風(fēng)機葉片前緣形成了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。由于高溫烘箱風(fēng)機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。這是因為當(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)。由于高溫烘箱風(fēng)機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。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)。