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现今随着燃气轮机技术的发展,对压气机负荷提出了越来越高的要求,叶片作为压气机重要部件之一,其性能好坏直接影响到燃气轮机整机性能。前缘作为叶表附面层起始位置,对于叶栅通道内流动具有重大影响,合理的前缘设计与优化可以有效控制流动分离、改善栅内流场结构、提高压气机叶片气动性能。 对此,本文以DMU37动叶5%叶高截面叶型作为研究对象,通过前缘重构及型线堆叠将椭圆形前缘与鼓包前缘结合形成一种复合前缘改型,并通过对不同控制参数改型的计算比较,探究复合改型对原型叶栅流动的影响及作用机理,寻找出最优前缘改型参数。 通过网格无关性及实验校核的CFD方法对原型叶栅不同工况进行计算,结果表明原型叶栅在不同来流马赫数下损失-冲角分布规律相似,负冲角时流动状况较好,随着冲角增大,前缘鞍点位置偏向叶片压力面一侧,吸力面逆压梯度增强,近端壁处分离结构改变,分离流动范围沿端壁横向及吸力面径向扩展,损失增大。 对不同前缘复合改型,两种前缘结构对流场及损失分布的影响不尽相同,椭圆形前缘在不同冲角下均可有效降低叶栅损失,其机理在于椭圆形前缘可以消除自0°冲角开始近端壁处产生的大范围回流区域,使叶栅中径通流面积增大,部分叶高损失减小,同时由于低能流体向端区聚集,端壁分离程度加剧,流动恶化,端壁损失增大;鼓包结构在冲角大于一定值后,可以在椭圆形前缘基础上进一步减小回流区径向尺度,使整体损失进一步减小,两种前缘对流场的优化效果叠加,大幅改善了叶栅的气动性能。