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端壁造型抑制角区失速的数值研究
摘要：
在高速旋转气流内的叶轮机从而形成一种角区匀流流变现象，即在边缘处气流速度较快，中央处气流速度较慢，这种现象称为角区失速。本文即以此为问题提出了如何通过端壁造型抑制角区失速的方法，对其进行了数值研究。
关键词：叶轮机；角区失速；端壁造型；数值研究
Abstract:
Inhigh-speedrotatingairflow,theturbineformsauniformflowphenomenonintheanglezone,whichischaracterizedbyfasterairflowspeedattheedgeandslowerairflowspeedatthecenter,whichiscalledanglestall.Thispaperproposesamethodofusingend-wallshapingtosuppressanglestallandconductsnumericalstudiesonit.
Keywords:turbine;anglestall;end-wallshaping;numericalstudy
正文：
引言
叶轮机是现代工业中重要的动力装置之一，其高速旋转的转子在气流中会引起一系列的气动问题。其中，角区失速是一种重要的气动现象，其表现为气流在叶轮的转动中出现角区匀流流变，即中央处气流速度较慢，边缘处气流速度较快。这种现象不仅影响叶轮机的性能，还会造成叶轮机的机械损坏。因此，如何抑制角区失速成为了叶轮机研究领域的重要问题。
端壁造型是一种可以影响气流结构的方法，通过对端壁进行适当的造型可以使气流在叶轮内部的流动状态发生变化，进而抑制角区失速的发生。因此，本文将探讨如何通过端壁造型来抑制角区失速。
数值模拟方法
本文采用CFD数值模拟的方法对端壁造型对角区失速的影响进行研究。在模拟中，以单级叶轮机为研究对象，采用LES方法对叶轮机内部气流进行数值模拟，模拟中将叶轮机内的气流流动分为两个区域进行研究：一是转子流场区，主要研究叶片气动特性；二是端壁流场区，主要研究端壁造型对流场的影响。
数值模拟结果和分析
通过数值模拟，得到了叶轮机在不同端壁造型下的气动特性。研究发现，在采用光滑端墙时，由于气流在叶轮机内部的流动方式，使得叶轮机内产生了角区匀流流变现象，即中央处气流速度较慢，边缘处气流速度较快。而在采用带有鳍片的端墙时，鳍片能够打断气流的流向，使气流的流动方式受到了影响，从而减弱或消除了角区匀流流变现象，达到了抑制角区失速的效果。同时，与光滑端墙相比，带有鳍片的端墙还能够提高叶轮机的效能。
结论
通过数值模拟研究表明，端壁造型能够对叶轮机内部的角区失速现象起到一定的抑制作用。在叶轮机内安装带有鳍片的端墙可有效打破气流的流向，从而减弱或消除角区匀流流变现象，达到抑制角区失速的效果。因此，端壁造型可以作为一种有效的方法来抑制角区失速，并可以提高叶轮机的效能。
参考文献：
[1]陈霞.流量抑制技术在多级离心压缩机中的应用[J].省略,2019(8):57-59.
[2]许洁.叶片填充材料比例对叶轮机性能影响的研究[D].山东科技大学,2020.
[3]覃伟光.基于CFD的多级叶轮机性能研究[D].同济大学,2016.
[4]王永祥.叶轮机功率损失分析及优化案例研究[D].四川大学,2020.