[科普中国]-叶栅流

叶栅

叶栅，数学名词，是指在某一半径上，用其轴圆柱面将涡轮叶片截断，然后再将这一截面展成平面，从而得到叶栅。

叶栅的基本几何参数有叶型弦长、栅距、相对栅距、叶栅稠度、叶型安装角、叶型出口角等。

叶栅性能的好坏直接影响航空发动机的性能指标。详细研究叶栅流道内复杂的流场结构和损失机理，探索降低叶栅流道内的能量损失以及改善叶栅气动性能的方法，已经成为提高航空发动机性能的重要研究内容。从现有的叶栅理论和试验可知，叶栅内流动非常复杂，影响因素极多，有几何因素如气流转角、稠度影响有气动因素，如来流马赫数、激波边界层干扰等由于转动叶片与静止叶片呈交错排列，造成气流尾迹与叶片运动的互相干扰，以及在流动中粘性作用与激波的干涉影响，都造成叶栅内流动的非稳定性与极端复杂性，并呈现出旋转机械中共有的有旋性和三维特征。1

计算方法对跨声速风扇/压气机平面叶栅流场的计算，近年来发展了一些新的计算法，其中势函数法和流函数法同过去发展的时间推进法相比，计算时间短得多，便于推广到工程实用中去。但是，它们也属于统称为“激波捕获法”的计算方法，得到的通道激彼形状一般占有几个计算网格并且激波形状不很明确，不能给出激波的确切位置。根据实际计算与实验结果的对比表明，势函数法捅获的激波位置要比实验值迟后，而流函数法捕获的要比实验值超前，都会对整个跨声流场的精确确定带来误差，为了克服这个困难，以得到确切的激波位置，发展了一种分区计算方法:根据给定的激波位置用特征线法计算通道激波上游超声速区，用流函数矩阵法计算激波下游的亚声速区，并对通道激波的位置进行调整，使之满足Rankine一Hugoniot关系，从而得到含有清晰激波形状的跨声速全流场的精确解。吴文全进一步对通道激波的形状通过电子计算机程序来自动进行调整。这个方法的建立，对于精确地确定跨声流场的参量变化具有很大实用意义。2

跨声速叶栅流计算中边界层的影响在跨声速叶栅流的计算中，边界层的影响是值得重视的。特别是进口M数较高时，存在较强的激波，逆压梯度较大，使得边界层发生较大的变化，可能发生分离。另外，在跨声速叶栅流中通道接近声速堵塞时，边界层位移厚度的微小变化可能引起主流区流动图案的较大变化。华耀南采用主流一边界层迭代的计算方法来考察边界层对计算的影响，将流函数方法作为跨声速主流区的计算方法，用卞荫贵的参考烩方法作为边界层的计算方法。应用这两个计算方法进行主流一边界层相互作用的迭代计算，对四个跨声速叶栅的主流和边界层进行了计算，考察了边界层对计算结果的影响，发现考虑边界层修正后计算得到的叶面M数分布更为接近实验值。3