王祥鋒，顏培剛，俞李斌，韓萬金

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150001；2.重慶大學(xué) 動力工程學(xué)院，重慶 400030）

0 引 言

由于粘性、復(fù)雜的幾何形狀及復(fù)雜的工作狀態(tài)，葉輪機械內(nèi)部的流動是以粘性、可壓縮和非定常的三維流動為特征的［1］，流場中總是存在著大量的分離結(jié)構(gòu)以及旋渦運動，它們對葉輪機械的正常運行起著至關(guān)重要的作用［2－3］。對葉柵內(nèi)二次流、流動分離和旋渦運動的研究已經(jīng)成為葉輪機械氣動力學(xué)的一個重要課題。為了深入理解該課題，各國學(xué)者將越來越多的注意力集中在對流場細節(jié)的研究上［4］。

隨著微分方程定性分析理論的發(fā)展，以流場流譜的動力系統(tǒng)、拓撲學(xué)和分叉理論的定性分析為基礎(chǔ)的拓撲分析理論也快速地發(fā)展起來。它可以明確給出三維分離流譜和旋渦結(jié)構(gòu)，幫助分析實驗與計算結(jié)果以及指導(dǎo)流動觀察，幫助建立理論模型和完善透平機械的氣動設(shè)計等［5－8］。學(xué)者們從拓撲學(xué)的角度對渦輪葉柵內(nèi)的流動分離進行研究，取得了很多成果［9－11］，并且先后提出了6個矩形渦輪葉柵旋渦模型［12］。壓氣機中由于氣流為擴壓流動，流場內(nèi)結(jié)構(gòu)和渦輪葉柵不同［13］，分離更易出現(xiàn)，也更加嚴重。Salvage［14］提出的壓氣機葉柵二次流模型中能夠觀察到葉頂間隙渦與刮削渦的相互作用，而且詳細地描述了尾緣渦絲。Inoue［15］提出了一個動葉二次流模型，給出了轉(zhuǎn)子流道內(nèi)和出口處渦的三維結(jié)構(gòu)，認為在壓氣機葉柵流道中普遍觀察到的大尺度渦系是馬蹄渦的發(fā)展和壯大，而不是渦輪中所謂的通道渦。Joslyn［16］在某低速壓氣機試驗中發(fā)現(xiàn)的吸力面分離區(qū)發(fā)展規(guī)律為當背壓逐漸升高時，吸力面／端壁分離區(qū)快速的向中徑發(fā)展，當靠近失速點時分離區(qū)的發(fā)展速度更快?？淀樈淌冢?7］提出了全新的壓氣機葉柵的旋渦模型，詳細的描述了壓氣機葉柵內(nèi)的旋渦結(jié)構(gòu)。陳懋章教授等人［18］也對擴壓葉柵內(nèi)旋渦流動作了比較全面的試驗研究，提出了一個常規(guī)擴壓葉柵內(nèi)近端壁流動的物理模式，包括角渦與葉片表面附面層干涉的壁面拓撲流型。張華良［19］通過數(shù)值模擬指出，擴壓葉柵內(nèi)的旋渦結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為集中脫落渦和尾緣脫落渦的相互影響和摻混。張永軍等人［20］使用拓撲分析和數(shù)值計算的方法，對擴壓葉柵葉片通道中馬蹄渦、通道渦、角渦等二次流旋渦的生成、演繹與發(fā)展進行了討論。

為了全面認識某多級亞音軸流壓氣機中間兩級流場內(nèi)部流動規(guī)律，為后續(xù)進行優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)，本文對兩級擴壓葉柵的內(nèi)部流場進行了詳細數(shù)值模擬，在此基礎(chǔ)上，引入拓撲分析理論，探索壓氣機葉柵內(nèi)部附面層的遷移規(guī)律，特別是流動分離和各種旋渦的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律。

1 數(shù)值模型

計算模型為某多級軸流壓氣機的第七、八兩級，為便于分析，由前至后四排葉片分別命名為：R7、S7、R8、S8。兩級壓氣機計算網(wǎng)格采用NUMECA的AutoGrid模塊生成，兩級壓氣機葉柵通道網(wǎng)格采用O型拓撲結(jié)構(gòu)，壓氣機進出口流道采用H型拓撲結(jié)構(gòu)。動葉葉排和靜葉葉排分別加入葉尖和葉根間隙，為保證間隙內(nèi)網(wǎng)格質(zhì)量，間隙內(nèi)采用蝶形網(wǎng)格，設(shè)置25個徑向網(wǎng)格。兩級壓氣機共包括約230萬個網(wǎng)格節(jié)點，網(wǎng)格布置見表1，網(wǎng)格劃分示意圖如圖1所示。

表1 各網(wǎng)格塊的網(wǎng)格點分布Table 1 Grid point distribution of every grid block

圖1 計算網(wǎng)格Fig.1 Computation grids

流場求解采用三維N－S方程求解程序Fine／Turbo，動靜交界面采用混合平面模型。為了進一步提高收斂速度，采用多重網(wǎng)格方法和局部時間步長法。湍流模型選取SA一方程模型。邊界條件壓氣機進口給定總壓為448.12kPa，總溫為463.2K，絕對進口氣流角沿葉高分布由上一級靜葉出氣角計算出，在出口處考慮徑向平衡方程給定中徑處靜壓值，靜壓從440kPa逐步提高至650kPa，其中設(shè)計點靜壓為574kPa。端壁處選擇絕熱壁面及無滑移邊界條件，動葉旋轉(zhuǎn)邊界給定轉(zhuǎn)速為3000rpm。

2 葉柵拓撲法則

任一特定條件下的流動，流場流譜中總存在若干個奇點，反映各種流動現(xiàn)象的流場流譜就是由這些奇點按照一定的分布規(guī)律和組合規(guī)律構(gòu)成的，他們是構(gòu)成流面流譜的基本要素。奇點又主要有鞍點和結(jié)點兩種類型，典型鞍點是閉式分離的起始點，一般在其下游會形成局部回流區(qū)；典型的結(jié)點有分離螺旋點和分離結(jié)點，它們是分離線的結(jié)束點，往往會在此處形成脫落渦結(jié)構(gòu)。

王國璋［21］按分離線的特點將分離分為開式分離和閉式分離。開式分離指的是物面上的分離不是閉合的，其分離線不是一條從奇點（鞍點）起始的極限流線，而其分離線起點的位置也難以確定。閉式分離線對物面上游的極限流線是閉合的，它起始于鞍點，分離線兩側(cè)的極限流線分別來自上游和下游，在結(jié)構(gòu)上具有禁區(qū)性的特點。

研究拓撲學(xué)中鞍點和結(jié)點的主要原因在于它們的總數(shù)之間存在著某種關(guān)系——拓撲規(guī)律。盡管某種流場拓撲結(jié)構(gòu)和奇點總數(shù)隨著沖角、馬赫數(shù)或雷諾數(shù)的改變而變化，但是鞍點和結(jié)點總數(shù)之間總要滿足拓撲規(guī)律［22］。

康順［10］推導(dǎo)了適用于分析葉輪機械流譜的拓撲準則，對于在葉片－葉片截面內(nèi)的流線的（半）鞍點和（半）結(jié)點總數(shù)滿足：

式中∑N、∑S是截面內(nèi)結(jié)點和鞍點總數(shù)，∑N′、∑S′是截面內(nèi)半結(jié)點和半鞍點的總數(shù)。

3 流場結(jié)構(gòu)及拓撲分析

為了全面了解兩級壓氣機的內(nèi)部流動規(guī)律，本文對不同工況下的流場結(jié)構(gòu)進行討論并進行拓撲分析。需要說明的是，數(shù)值模擬得到的兩級壓氣機流譜圖較多，不能逐一給出，本文在對所有流譜圖進行對比的基礎(chǔ)上，列舉以下典型流譜進行分析。

3.1 第7級動葉葉片中部截面流譜

圖2至圖4分別給出了近阻塞工況、設(shè)計工況和近失速工況下第7級動葉葉展中部的計算流譜、流譜拓撲示意圖和流譜的鞍結(jié)點數(shù)目關(guān)系。圖2（a）至圖4（a）分別為近阻塞工況（pb＝440kPa）、設(shè)計工況（pb＝574kPa）和近失速工況（pb＝640kPa）的計算流譜；圖2（b）至圖4（b）是根據(jù)計算流譜，利用拓撲學(xué)的基本規(guī)律得到的流譜拓撲示意圖；圖2（c）至圖4（c）則是流譜中的鞍結(jié)點數(shù)目關(guān)系。需要說明的是，本文給出的拓撲圖僅是用于流場定性分析的示意圖，其中各分離線及分離線上奇點的位置、范圍并不符合實際比例，對于某些局部小的拓撲結(jié)構(gòu)，為了顯示方便，做了夸張和放大處理。

由圖可知，在近阻塞工況，拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單，由于沒有明顯的流動分離，只是在葉片前緣和尾緣位置分別有一個半鞍點S′，奇點（包括半奇點）總數(shù)為2；當背壓提高到574kPa時，流譜的拓撲結(jié)構(gòu)變化不大，只是來流沖角有所增加，奇點總數(shù)不變；當背壓提高到640kPa時，一方面，來流沖角繼續(xù)增加，另一方面，由于尾緣脫落渦的增強，在葉片尾緣出現(xiàn)了一個明顯的脫落渦結(jié)構(gòu)（在拓撲上用N表示），此時流譜中的奇點總數(shù)為5，可見流動變復(fù)雜了。

圖2 近阻塞工況（pb＝440kPa）Fig.2 Near chocked condition（Pb＝440kPa）

圖3 設(shè)計工況（pb＝574kPa）Fig.3 Design condition（pb＝574kPa）

圖4 近失速工況（pb＝640kPa）Fig.4 Near stall condition（pb＝640kPa）

3.2 第8級動葉下端壁流譜

圖5至圖7分別給出了不同工況下第8級動葉下端壁的計算流譜、流譜拓撲示意圖和流譜的鞍結(jié)點數(shù)目關(guān)系。

圖5 近阻塞工況（pb＝440kPa）Fig.5 Near chocked condition（pb＝440kPa）

圖6 設(shè)計工況（pb＝574kPa）Fig.6 Design condition（pb＝574kPa）

圖7 近失速工況（pb＝640kPa）Fig.7 Near stall condition（pb＝640kPa）

由圖可知在近阻塞工況，流譜的拓撲結(jié)構(gòu)相對比較簡單，最主要的拓撲結(jié)構(gòu)為馬蹄渦形成的前緣鞍點S和尾緣脫落渦形成的尾緣鞍點S，并分別在前緣與尾緣處形成兩個半結(jié)點（N′），流譜中的奇點（包括半奇點）總數(shù)為4；當背壓提高到574kPa時，流譜顯示來流沖角有所增加，并且靠近尾緣處壁角渦有所增強，可以看到壁角渦形成的分離螺旋點N，此時奇點總數(shù)增加到5，這將使得端壁的流動復(fù)雜化。當背壓繼續(xù)提高到640kPa時，流譜變得更加復(fù)雜：一方面，來流沖角繼續(xù)增加，另一方面，在葉片尾緣出現(xiàn)了一個明顯的大尺度分離螺旋點N，并由此誘導(dǎo)一個小尺度分離螺旋點N，表明此處不斷有附面層流體進入主流參與流動摻混，這將增加當?shù)氐亩瘟鲹p失，此時流譜中的奇點總數(shù)為11。

3.3 第8級靜葉上端壁流譜

圖8至圖11分別給出了不同工況下第8級靜葉的上端壁的計算流譜、流譜拓撲示意圖和流譜的鞍結(jié)點數(shù)目關(guān)系。

在近阻塞工況，流譜的拓撲結(jié)構(gòu)相對比較簡單，最主要的拓撲結(jié)構(gòu)為馬蹄渦形成的前緣鞍點S和尾緣脫落渦形成的尾緣鞍點S，并分別在前緣與尾緣處形成兩個半結(jié)點N′，流譜中的奇點（包括半奇點）總數(shù)為4；當背壓提高到574kPa時，流譜顯示來流沖角有所增加，并且靠近尾緣處壁角渦有所增強，可以看到壁角渦形成的螺旋點N，此時奇點總數(shù)增加到5。當背壓繼續(xù)提高到645kPa，甚至650kPa時，流譜變得更加復(fù)雜：一方面，來流沖角繼續(xù)增加，另一方面，在葉片吸力面也開始出現(xiàn)大的分離區(qū)，由此誘導(dǎo)出一系列復(fù)雜的渦系結(jié)構(gòu)，表明此時流動非常不穩(wěn)定，端壁附面層流體不斷進入主流區(qū)，這不僅會增加當?shù)氐亩瘟鲹p失，還會引起流動的不穩(wěn)定，此時流譜中的奇點總數(shù)明顯增加，分別為8和12，作者判斷此時壓氣機已進入失速狀態(tài)。

圖8 近阻塞工況（pb＝440kPa）Fig.8 Near chocked condition（pb＝440kPa）

圖9 設(shè)計工況（pb＝574kPa）Fig.9 Design condition（pb＝574kPa）

圖10 近失速工況（pb＝640kPa）Fig.10 Near stall condition（pb＝640kPa）

圖11 近失速工況（pb＝650kPa）Fig.11 Near stall condition（pb＝650kPa）

從上述關(guān)于端壁和中間截面的拓撲結(jié)構(gòu)簡圖可知，不同工況下的流譜均存在以下兩個基本特征：1）隨著壓氣機出口背壓的提高，葉柵進口沖角不斷增大，流譜趨于復(fù)雜，流譜中奇點（包括半鞍點、鞍點、半結(jié)點和結(jié)點）的數(shù)目明顯增加。2）流場內(nèi)（包括流場邊界）的鞍、結(jié)點總數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系保持不變，即所有情況均滿足∑N＋（1／2）∑N′－∑S－（1／2）∑S′＝－1，這是符合拓撲法則的，這也說明背壓（沖角）的變化不改變流場的Poincare指數(shù)。

3.4 第7級動葉吸力面流譜

圖12給出了第7級動葉的吸力面流譜。

圖12 第7級動葉吸力面流譜Fig.12 Flow pattern on rotor7suction surface

由圖可知，隨著背壓的提高，動葉吸力面上的流動分離逐漸增強，特別是當背壓達到640kPa時，分離區(qū)已經(jīng)發(fā)展到80%葉高位置。上述吸力面分離區(qū)發(fā)展規(guī)律為：當背壓逐漸升高時，吸力面／端壁分離區(qū)快速的向中徑發(fā)展，當靠近失速點時分離區(qū)的發(fā)展速度更快。在設(shè)計工況點時，上下端壁都產(chǎn)生了分離，若工況逐漸向失速點靠近時，兩個分離區(qū)將有一個會快速擴大，相反另一個將縮小。

由前文知道，首先發(fā)生失速的地方在第8級靜葉，第7級動葉不是首先發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速的地方，雖然在壓氣機發(fā)生失速時，動葉角區(qū)分離會增加，但它僅是失速發(fā)展過程中的流動現(xiàn)象，而不是失速發(fā)展的誘因。這同時也說明，與分離形態(tài)的變化相比，分離范圍的變化對流動的影響較小。

3.5 第8級靜葉吸力面流譜

圖13為不同工況下第8級靜葉的吸力面流譜。由圖可知，隨著兩級壓氣機出口背壓的提高，流場逐漸向失速點靠近，吸力面在大部分葉高上保持了良好的流動特征，但位于上端壁角區(qū)的流譜逐漸變得復(fù)雜，表現(xiàn)為分離范圍逐漸增加，同時分離形態(tài)也不斷變化。最終形成了如圖14所示的橫跨上端壁和吸力面的角區(qū)閉式分離泡。

圖13 第8級靜葉吸力面流譜Fig.13 Flow pattern on rotor 8suction surface

通過拓撲分析可以得到吸力面角區(qū)流譜結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律：當壓氣機出口背壓為440kPa時（近阻塞工況），角區(qū)流譜的拓撲結(jié)構(gòu)為一條簡單的起始于非奇點而終止于奇點的開式分離線，從分離線的起始形態(tài)看，為典型的正常點起始的開式分離。隨著背壓的提高，流場中逆壓力梯度不斷增強，分離線的起始位置不斷移向上游。當分離線起始點移至某一上游位置時，該位置出現(xiàn)鞍點，分離線的起始狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘埃Y(jié)點組合型，最終形成了鞍點起始的分離結(jié)構(gòu)，在這個演變過程中，吸力面角區(qū)的分離形態(tài)也逐漸由開式分離向閉式分離過渡，并最終發(fā)展形成由分離面閉合的氣泡，此時流動極不穩(wěn)定，損失急劇增加，流場接近失速狀態(tài)。此時若進一步提高背壓，則角區(qū)分離泡繼續(xù)擴大，其拓撲結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜，拓撲圖中奇點也會增加，壓氣機將發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速，因此，本文作者認為第8級靜葉是最先發(fā)生失速的地方，而其角區(qū)分離形態(tài)的變化是壓氣機失速的誘因之一。圖14給出了吸力面角區(qū)閉式分離泡形成的最終拓撲結(jié)構(gòu)，由圖可知，在分離形態(tài)變化的過程中，隨著開式分離線發(fā)生位置的上移，分離線開始分岔，形成起始于鞍點的分離線的兩個分支，同時分離線上各類奇點也不斷增加。奇點的出現(xiàn)增加了流場結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，尤其是鞍點的出現(xiàn)，必然伴隨著一定的回流，并且在分離形態(tài)上表現(xiàn)為閉式分離的特征。

圖14 近失速點的靜葉吸力面角區(qū)分離結(jié)構(gòu)示意圖Fig.14 Corner separation on stator suction surface at near stall

雖然可以通過壁面流譜得到葉柵及端壁表面附近的流動特性，并且可以利用渦動力學(xué)和拓撲學(xué)的分析方法，獲得整個三維流場的部分信息，從而定性的描述流場，尤其是流動分離的特征。然而，單純的表面流場及其拓撲分析還不能提供流場的詳盡解釋，而且定性分析是遠遠不夠的，為了獲得柵內(nèi)流動的全面信息，建立旋渦運動與流動損失的關(guān)系，還需要定量的考察流場其它參數(shù)的變化規(guī)律。

4 擴壓葉柵內(nèi)的幾種典型旋渦結(jié)構(gòu)

在壓氣機內(nèi)部，流體是擴壓流動，很容易發(fā)生分離，進而形成大量的旋渦，這提示我們能以旋渦運動為對象來建立物理模型。根據(jù)上述拓撲分析的結(jié)果，并結(jié)合流場的其它參數(shù)，可以獲得壓氣機內(nèi)幾種典型旋渦結(jié)構(gòu)的基本認識。

4.1 泄漏渦

葉頂間隙流動是指由于靜葉或動葉的頂部與輪轂或機匣之間存在間隙，流體在壓力面與吸力面壓力差的作用下直接由壓力面一側(cè)流向吸力面一側(cè)的流動現(xiàn)象。雖然間隙流不是本文的研究重點，但本文在計算時同時考慮了動葉間隙和靜葉間隙的影響。由葉片吸力面流譜可知，間隙渦與端壁附面層和葉片表面附面層相互作用，分別在壓力面和吸力面形成一條帶狀分離區(qū)。從分離區(qū)的起始位置和范圍可以推斷間隙渦出現(xiàn)在葉片前緣位置，并且在向下游發(fā)展過程中逐步減弱。對于本文的算例，在三種工況下，間隙渦的變化不大，尤其值得注意的是，當流場背壓提高，壓氣機由近阻塞點向近失速點發(fā)展時，間隙渦不僅沒有增強，而且強度甚至有所減弱。

創(chuàng)新教育主線是指課程教育培養(yǎng)與課外創(chuàng)新實踐相結(jié)合的創(chuàng)新教育，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，包括機械制造自動化技術(shù)、技能大賽、機械創(chuàng)新設(shè)計、大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計等。

4.2 馬蹄渦

由端壁流譜可以清晰的看到馬蹄渦的形成過程：來自上游的均勻流體受到葉片的阻滯作用，在葉片前緣附近形成鞍點，從鞍點開始，分別在壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)刃纬神R蹄渦的兩個分支，在流道內(nèi)向下游發(fā)展時，分別在端壁上留下兩條分離線。需要指出的是，馬蹄渦兩個分支在端壁上形成的分離線并不明顯，也比較短，這表明在擴壓葉柵內(nèi)馬蹄渦的強度并不大，在逆壓力梯度的作用下，逐漸耗散消失。

由端壁流譜圖可知，隨著背壓的提高（流場向設(shè)計點和近失速點發(fā)展），流譜中比較明顯的特征是前緣鞍點向葉片壓力邊移動，從而導(dǎo)致端壁處來流附面層的沖角增加，但總的說來，流場中馬蹄渦的拓撲結(jié)構(gòu)基本不變，因此作者認為在擴壓葉柵內(nèi)，馬蹄渦對流場和壓氣機的總體性能影響不大。

4.3 壁角渦

根據(jù)本文的算例和拓撲分析結(jié)果，作者認為壁角渦是端壁二次流的發(fā)展結(jié)果：在橫向壓力梯度作用下，端壁附面層在向下游發(fā)展的同時，也由壓力面向吸力面發(fā)展，當遇到吸力面的阻滯作用，就會在角區(qū)“搓”出一個渦來。

圖15（a、b）分別給出了端壁和S3面上壁角渦的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知，端壁橫向二次流遇到吸力面并沿吸力面發(fā)展時，必然存在一個滯止的過程，在吸力面和端壁的交線位置形成一個鞍點S1′，此鞍點就是壁角渦的起始點，由拓撲分析可知，壁角渦具有局部閉式分離的特征，因此當其動量不足以抵抗流向逆壓力梯度時，很容易發(fā)展為角區(qū)閉式分離泡，如圖15（c）所示。需要說明的是，在擴壓葉柵內(nèi)，角區(qū)分離對葉柵氣動性能具有重要影響，尤其是發(fā)生角區(qū)分離泡（閉式分離）時，葉柵氣動性能會大大降低，因此在設(shè)計中應(yīng)力求避免。

4.4 尾緣渦

在本文的研究中，將不同文獻中提到的尾緣脫落渦和尾緣集中脫落渦均歸為尾緣渦。

尾緣脫落渦是類似卡門渦街的一種對渦結(jié)構(gòu)，在試驗與計算的壁面流譜中很難分辨出它的分離線，說明其強度和尺度不大。由上述流譜圖可知，在大部分工況下都沒有看到尾緣脫落渦明顯的拓撲結(jié)構(gòu)，這說明其比較穩(wěn)定，通常情況下對流場的影響不大。但當流場進入失速點的時候，尾緣脫落渦靠近吸力面?zhèn)纫恢У某叽缑黠@增加（圖11），其分離點向葉柵上游發(fā)展，此時，如果進一步增加背壓，則會發(fā)展成為吸力面脫落渦，造成更復(fù)雜的流動摻混和更大的二次流損失。

圖15 壁角渦拓撲結(jié)構(gòu)Fig.15 Topology of corner vortex

通過流譜的拓撲分析，可以得到集中脫落渦的發(fā)展過程。如圖13和圖14所示，集中脫落渦一般并不總是存在，而是隨著背壓的提高，流場所處的逆壓力梯度不斷增強，吸力面角區(qū)位置的分離線的起始形態(tài)逐漸由正常點起始，逐漸向鞍點起始過渡，并最終形成典型的鞍點－分離螺旋點的閉式分離結(jié)構(gòu)，而分離螺旋點就是集中脫落渦的起始點。由此可知，集中脫落渦主要由吸力面附面層和端壁附面層的低能流體組成，它一經(jīng)形成，便將大量低能流體帶入主流區(qū)，并與尾緣脫落渦相互作用，是葉柵出口三維效應(yīng)的主要誘因；同時集中脫落渦也是吸力面角區(qū)閉式分離形成的主要誘因。

4.5 通道渦

圖16 第8級靜葉出口截面流線Fig.16 Secondly flow pattern of stator8outlet section

5 結(jié) 論

本文對兩級擴壓葉柵的內(nèi)部流場開展了詳細的數(shù)值模擬，同時引入拓撲分析理論，從渦動力學(xué)的角度對不同工況下擴壓葉柵內(nèi)的流動分離和旋渦運動進行定性分析，得到以下結(jié)論：

（1）在壓氣機葉柵中，由于受逆壓力梯度控制，不同工況下的流場結(jié)構(gòu)變化較大，相應(yīng)的壁面流譜的拓撲結(jié)構(gòu)也有顯著差別。對于端壁和中間截面流譜，隨著背壓的提高，流場中（包括流場邊界）的奇點總數(shù)增加，流譜變得更加復(fù)雜。對于吸力面流譜，隨著背壓的提高，分離形態(tài)逐漸由開式分離向閉式分離轉(zhuǎn)化，從而使得分離尺度和強度大大增加，并可能引起壓氣機失速。

（2）相比分離范圍的變化，分離形態(tài)的變化對壓氣機性能的影響更顯著。當流動向失速點靠近時，對于動葉柵，主要表現(xiàn)為分離范圍的不斷增加；對于靜葉柵，不僅分離范圍增加，而且分離形態(tài)也發(fā)生了變化，出現(xiàn)了較為復(fù)雜的鞍點結(jié)構(gòu)。

（3）壓氣機葉柵中，主流區(qū)流體微團的旋度很小，同時通道渦在逆壓力梯度控制下，一般為發(fā)散型渦核，無法將低能流體聚集為明顯的渦核。因此，在壓氣機葉柵中，通道渦強度較弱，對整個流場特性不起主要作用，而尾緣渦對壓氣機性能具有重要影響。

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