今日為大家帶來一篇發表于《Aerospace Science and Technology》期刊的研究論文，該論文聚焦于迷宮密封泄漏流對多級軸流壓縮機性能及流場特性的影響，研究成果對提高壓縮機效率和優化設計具有重要意義。
PART 01研究背景與目的多級軸流壓縮機在燃氣輪機中廣泛應用，但靜動部件間的間隙會導致泄漏流，影響主流和二次流，降低壓縮機性能。此前雖有研究探討泄漏流對壓縮機性能的影響，但對于考慮定子與轉子間泄漏流傳播及多級流影響的總壓損失和其他流場特性研究尚不充分。本研究旨在深入探究多級軸流壓縮機詳細流場特性與迷宮密封泄漏流的關系。PART 02研究方法物理模型以一臺帶進口導葉（IGV）的三級軸流壓縮機為研究對象，其在跨音速條件下運行，設計壓力比約為 2.5。壓縮機轉子葉片采用多圓弧型線，定子葉片為雙圓弧型線。實驗中使用的迷宮密封配置被應用于本次研究，同時對比有無迷宮密封時壓縮機的性能和流場行為。
數值模擬采用商業軟件 ANSYS CFX，運用三維可壓縮非定常雷諾平均納維 - 斯托克斯（URANS）方程結合剪切應力輸運（SST）湍流模型進行數值模擬。時間積分采用二階向后歐拉法，時間步長為 8.33e - 6 s，每個時間步進行五次內部迭代。設定 IGV 進口和第一級迷宮密封進口的總壓和總溫，以及第三級定子出口和第三級迷宮密封出口的平均靜壓。為處理各域間的交界面，調整了定子和轉子的葉片數以保證相同節距，經網格獨立性測試后，確定壓縮機主流道網格總數為 720 萬。
PART 03研究成果泄露流特性1.利用瞬態轉子 - 定子交界面方法模擬發現，迷宮密封泄漏流隨旋轉波動，第二級定子處的泄漏波動相對較高，影響混合損失和主流流型。2.經時間平均和歸一化處理，第三級定子的泄漏流量最高（0.41%），IGV 和第二級定子為 0.27%，第一級定子最低（0.13%）。3.通過觀察一級定子葉片上的三維流線，發現泄漏流在一級定子輪轂附近形成回流區，并與回流混合，部分泄漏流進入一級定子出口間隙；二級定子葉片上的流線顯示，泄漏流從入口間隙出發，流經輪轂區域后在下游分流。
壓縮機性能與總壓損失1.迷宮密封應用使一級定子總壓降增加，三級定子總壓降降低，二級定子總壓降在有無迷宮密封時相似。2.考慮泄漏流時，一級和二級轉子效率提高，三級轉子效率降低，導致整個壓縮機級效率降低約 0.4%，表明泄漏流干擾主流，降低壓縮機性能。3.泄漏流影響主流和輪轂附近區域的總壓損失系數，改變主流流型和級間匹配，但葉尖和機匣區域總壓損失變化較小。一級定子總損失在 0% - 15% 跨度內增加，導致總壓降上升；一、二級轉子考慮迷宮密封時平均總壓損失降低，三級轉子則增加。
流場特征與堵塞結果1.表面流線顯示，有迷宮密封的一級定子出現輪轂角失速，且泄漏流增強了回流特性；三級定子輪轂區域的輪轂角失速核心尺寸減小，原因是其入口前泄漏流方向向外，未注入主流，表明泄漏方向對壓縮機性能影響重要。2.熵輪廓圖表明，有無迷宮密封時，密封間隙處熵分布不同。有迷宮密封時，IGV、一級和二級定子入口處通過密封間隙的流熵增加，一級定子輪轂附近因輪轂角失速出現高熵區；三級定子因輪轂角失速消失，部分通道熵降低，說明泄漏流對壓縮機輪轂區域流場特性影響顯著。3.采用 Suder 方法量化堵塞發現，除末級定子外，有迷宮密封的定子和轉子堵塞高于無迷宮密封情況。一級定子堵塞增加最多，三級定子堵塞減少最明顯（從 11.6% 降至 8.3%），主要原因是一級和三級定子的輪轂角失速。有迷宮密封的二級定子堵塞在整個跨度內增加，這解釋了一級轉子平均堵塞增加的原因。