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角区分离和径向间隙泄漏现象通常是高负荷叶轮机端区复杂流动的主要特征,其所产生流动损失通常占据总损失的50%～70%,气动堵塞则可能占据叶片通道总气动堵塞的50%以上,因此,如何控制角区分离和径向间隙泄漏一直是制约叶轮机气动和气动稳定性性能进一步提升的遗留问题。鉴于此,本文基于对角区分离和叶顶泄漏流的物理机理认识,围绕对应流动控制措施开展了理论和数值分析研究,主要工作及成果分列如下:第一部分附面层交汇流动控制方法1.附面层交汇是角区流动分离的主要根源之一。为此,首先回顾了团队前期基于角区附面层交汇流动特点而推导出的角区等效二维附面层模型和避免角区分离的二面角准则。为验证前期推导过程所设定假设的正确性,采用数值方法,以多种正多边形扩张管道为案例,研究了不同二面角下附面层发展规律,验证了前期采用假设的正确性。介绍了依据二面角原理提出的叶片端壁融合技术,又称叶身融合技术。2.以某四级压气机为案例,采用叶身融合造型程序对角区分离严重的第三、四级转叶根部实施了叶身融合。数值验算表明,叶身融合成功地削弱了角区分离,并将峰值效率提高了0.2个百分点,初步验证了叶身融合技术在多级压气机中的有效性。3.以T106低压涡轮叶栅为研究对象,在前缘根部位置实施叶身融合,并进行了融合厚度的参数化分析。数值研究发现:随融合厚度增大,抑制前缘马蹄涡的能力越强;且前缘叶身融合减小了根部前半部分的负荷,从而降低了二次流强度,对全局流场有较好的控制作用。第二部分子午流路控制措施4.机匣下压是压气机转叶工程设计过程常采用的一种子午流路设计经验思路,该设计势必会对叶尖泄漏流产生影响并改变其总体性能,也可以归类为一种被动控制方法。为探究这种被动控制方法的作用机理并总结出其使用准则,论文以Rotor67为原型案例,将原型机匣通过上抬或下压形成不同倾斜角度机匣并使叶片对应最优的若干改型方案。对原型和若干改型进行了数值模拟研究,对比分析了不同机匣下压角度对总体性能影响,并从载荷分布、泄漏流量、漩涡强度等细节特征探讨了机匣角度影响效果的机制。5.为保证强度,根部截面叶型最大厚度较大而使基元流面呈现收扩通道,这将导致角区分离的不利局面。为缓解这种局面,在流管厚度方向寻找突破,提出类面积律修型技术,首先对平直机匣Rotor67进行优化设计,从气动方面获得了最佳几何分布,优化后分离被削弱,尾迹变薄,验证了该方法的可行性。随后以根部叶型过厚而导致存在角区分离的某四级压气机为案例,对其第三、四级转叶根部端区进行子午流道优化,结果表明,经优化自动形成了根部下挖的类面积率分布规律,使根区流管由收扩通道变为单调扩张通道,改善根区流动扩压速率,避免了过度扩压造成的角区大尺度分离,提升了压气机气动性能。论文最后对端区复杂流动控制措施研究进行了总结和展望。