本文以方案中耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)的定子葉片為例進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了S1流面葉型，耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)采用三維葉片技術(shù)改善了定子葉柵內(nèi)的流動(dòng)。通過(guò)三維數(shù)值模擬，對(duì)S2流面設(shè)計(jì)中的損失和滯后角模型進(jìn)行了標(biāo)定，為葉片三維建模提供了依據(jù)。通過(guò)與初步三維設(shè)計(jì)結(jié)果的比較，兩種設(shè)計(jì)方案的氣動(dòng)參數(shù)徑向分布一致，證實(shí)了耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中S2流面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。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(xiàn)圈所示的面積）之間存在一定的偏差，但通過(guò)三維CFD的修正，s2的設(shè)計(jì)趨勢(shì)預(yù)測(cè)了葉尖泄漏流對(duì)氣動(dòng)參數(shù)徑向分布的影響；bec在高負(fù)荷下，定子根部出現(xiàn)了氣流分離現(xiàn)象，導(dǎo)致了出口氣流角和S2設(shè)置的初步三維設(shè)計(jì)。預(yù)測(cè)結(jié)果略有不同（圖中橙色虛線(xiàn)圈所示的區(qū)域）。耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)利用一條非均勻有理B-sline曲線(xiàn)來(lái)描述由四個(gè)控制點(diǎn)（紅點(diǎn)）控制的曲線(xiàn)，包括前緣點(diǎn)和后緣點(diǎn)。葉片體由四條非均勻曲面、兩個(gè)吸力面和兩個(gè)壓力面組成，同時(shí)與較大切圓（灰圓）和前緣后緣橢圓弧相切。利用MIT MISES程序?qū)1型拖纜葉片進(jìn)行了流場(chǎng)分析。轉(zhuǎn)子和定子葉片，而轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口馬赫數(shù)略有增加，導(dǎo)致級(jí)效率提高。采用B-L（Baldwin-Lomax）湍流模型和AGS（Abu-Ghamman-Shaw）旁路過(guò)渡模型描述了過(guò)渡過(guò)程。

本文列舉了耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)靜音扇葉，說(shuō)明了S1流面優(yōu)化設(shè)計(jì)在風(fēng)機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的作用。根系頂部三個(gè)橫截面的流入條件不同，如表3所示。根部設(shè)計(jì)點(diǎn)的進(jìn)口氣流角較大，耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)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(jìn)行優(yōu)化，種群44，孤島7，代數(shù)7。三個(gè)截面共優(yōu)化了22個(gè)葉片型線(xiàn)參數(shù)，包括較大厚度位置、安裝角度、中弧控制點(diǎn)、吸入面控制點(diǎn)等。當(dāng)優(yōu)化后的葉片型線(xiàn)三維疊加時(shí)，耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)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(jí)環(huán)境中，得到了三維數(shù)值模擬結(jié)果。在設(shè)計(jì)點(diǎn)流量下，靜葉吸力面邊界層變薄，堵塞面積減小。計(jì)算了級(jí)間環(huán)境下兩葉型風(fēng)機(jī)特性線(xiàn)和兩定子葉片變攻角特性線(xiàn)。其它區(qū)域的網(wǎng)格劃分為動(dòng)葉區(qū)域網(wǎng)格作為參考，采用結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格。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。但由于耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)氣流角的匹配問(wèn)題，級(jí)效率沒(méi)有明顯提高，之間失速裕度由27.1%提高到34.9%。針對(duì)葉片高度方向的不均勻進(jìn)口流動(dòng)情況，在詳細(xì)設(shè)計(jì)中采用了端部彎曲技術(shù)來(lái)匹配定、轉(zhuǎn)子葉片之間的流動(dòng)角。

與均勻間隙相比，耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)在平均葉頂間隙不變的前提下，1~3級(jí)間隙方案下的風(fēng)機(jī)總壓力和效率均高于均勻間隙方案下的風(fēng)機(jī)總壓力和效率；前導(dǎo)間隙越大，尾隨間隙越小，性能越明顯。改進(jìn)是，但隨著耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)間隙的逐漸收縮，風(fēng)機(jī)的性能改善逐漸減??；在設(shè)計(jì)流量下，方案2和方案3下的總壓力分別增加20。對(duì)于PA和22PA，耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)效率分別提高0.69%和0.70%，特別是在小流量情況下。方案2和方案3的效率分別提高1.16%和1.20%。同時(shí)，方案1-3對(duì)應(yīng)的區(qū)（>81%）變寬，根據(jù)總壓的趨勢(shì)，喘振裕度增大，穩(wěn)定工作范圍提高。但4-6級(jí)進(jìn)風(fēng)機(jī)的總壓和效率均低于均勻間隙，隨著間隙的增大，風(fēng)機(jī)的性能下降更大。方案6的總壓力和效率分別降低了15pa和0.14%。模擬結(jié)果與參考文獻(xiàn)中給出的結(jié)果一致。以上分析表明，在相同流量范圍的前提下，錐形間隙的區(qū)變寬，相應(yīng)的流量范圍增大，耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)增大，設(shè)計(jì)流量和左效率明顯提高，措施簡(jiǎn)單，易于實(shí)施?？紤]到風(fēng)機(jī)選型中參數(shù)裕度過(guò)大，導(dǎo)致軸流風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)流量的左側(cè)運(yùn)行，可以將變細(xì)的間隙形狀作為提高風(fēng)機(jī)性能的手段。在耐高溫的軸流風(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(gè)低速區(qū)。為了分析不同葉尖間隙形狀下風(fēng)機(jī)性能變化的內(nèi)在機(jī)理，進(jìn)行了內(nèi)部流動(dòng)特性和葉輪能力分析。

當(dāng)耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)葉頂間隙形狀發(fā)生變化時(shí)，不可避免地會(huì)引起葉頂及其附近的吸力面和壓力面流場(chǎng)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。耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)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(dòng)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(jī)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(yùn)動(dòng)的重要特征量，其大小可以反映旋渦的強(qiáng)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(shì)，流入量能有效地粘附在吸力面上，因此耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)渦量相對(duì)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(qiáng)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(qiáng)度增大。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(jì)速度下提高效率和壓力比。耐高溫的軸流風(fēng)機(jī)葉尖間隙的大小沿流動(dòng)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。