為了探索大負荷大流量風機的關鍵氣動設計技術和內部流動機理，本文設計了一臺嵌入式耐高溫軸流風機，其壓力比為1.20，負荷系數(shù)為0.83。詳細研究了流量系數(shù)、反力等設計參數(shù)的影響規(guī)律，給出了相應的選擇原則。分析了葉片負荷調節(jié)、葉片彎曲和葉片端部彎曲對葉柵流動、級匹配和級性能的影響，給出了高負荷軸流風機三維葉片設計的基本原則。同時，開發(fā)了S1流面協(xié)同優(yōu)化方法，取得了較好的效果。降低了定子損耗，增大了風機裕度。高壓風機的設計通常采用離心風機，但離心風機存在迎風面積大、流量小、效率低等缺點。針對大流量、高壓力比、率的設計要求，如何完成單級軸流設計成為研究的重點。長期以來，軸流風機的設計方法得到了發(fā)展。采用二階逆風法離散了與空間有關的對流項、擴散項和湍流粘性系數(shù)，忽略了重力和壁面粗糙度的影響。從孤立葉型法、葉柵法、降功率法到目前廣泛采用的準三維、全三維氣動設計方法，甚至到S1流面葉型優(yōu)化[6]、三維葉型優(yōu)化、嵌入式耐高溫軸流風機三維葉型技術，已經(jīng)有了大量的研究工作。用于提高設計方法的準確性和快速性。以率、高負荷為設計目標，通過合理選擇總體參數(shù)，優(yōu)化了嵌入式耐高溫軸流風機流面葉片的初步設計和三維疊加，實現(xiàn)了軸流風機的氣動設計。

嵌入式耐高溫軸流風機在實際應用過程中，葉片型線的優(yōu)化可能面臨一個問題。不同葉片高度的不同進水條件導致葉片型線優(yōu)化結果差異過大，難以對葉片型線進行過度優(yōu)化。為此，本文提出了多截面輪廓協(xié)同優(yōu)化的方法，建立了輪廓幾何與輪廓目標函數(shù)之間的關系，使得到的輪廓滿足三維實際要求。在優(yōu)化過程中，增加了葉片型線的幾何分析和設計點氣流角的調整模塊，以保證獲得的葉片型線能達到與原型相同的氣流轉向能力。同時，嵌入式耐高溫軸流風機設計點的氣動性能滿足一定要求，否則，可以以罰函數(shù)的形式盡快完成葉型的氣動分析，提高優(yōu)化過程的快速性。在確定優(yōu)化目標時，綜合考慮了設計點的性能和非設計條件，嵌入式耐高溫軸流風機對有效范圍內的剖面性能進行了研究。目標函數(shù)括號中的項為設計點損失，第二項為有效流入流角范圍，邊界為設計點損失的1.5倍，第三項為失速裕度，第四項為有效流入流角范圍內的平均損失，第五項為平均損失差的方差。有效流入角范圍內的分布。因此，轉子葉片出口軸向速度分布的徑向分布如圖6所示，用于分析流量。分子是分析葉片外形的氣動性能，分母是原型參考值。嵌入式耐高溫軸流風機利用加權因子w對截面之間的關系進行加權，設置目標函數(shù)，得到損失小、失速裕度高的多截面S1剖面。各參數(shù)的權重和各截面的權重系數(shù)決定了優(yōu)化目標是集中于中間截面的性能，以及中間截面的損失和末端截面的失速裕度。

通過在嵌入式耐高溫軸流風機葉尖壓力面附近擴展合適的葉尖平臺，可以有效地減小葉尖泄漏和氣動損失。模擬了三種嵌入式耐高溫軸流風機不同長度和初始位置的吸力面小翼葉柵的內部流場。結果表明，三段小翼可以改善葉柵頂部的流動狀況，并在不同程度上削弱泄漏渦的強度。周志華等[10]計算了某型渦軸發(fā)動機高壓渦輪一級的三維流場。結果表明，錐形間隙能有效地控制間隙內的泄漏流速，減少間隙內的堵塞，從而提高其整體性能。在套管處理方面，Yang等人[11]發(fā)現(xiàn)自循環(huán)殼體處理后壓縮機的穩(wěn)定流量范圍明顯增大，這是由于葉片負荷降低、低能流體吸附能力降低和周向流量畸變能力降低所致。嵌入式耐高溫軸流風機的不同分區(qū)數(shù)的非軸對稱套管處理。實驗表明，合理的非軸對稱殼體處理結構可以使壓縮機的穩(wěn)定裕度提高13%，峰值效率提高0.8%。在套管處理方面，Yang等人[11]發(fā)現(xiàn)自循環(huán)殼體處理后壓縮機的穩(wěn)定流量范圍明顯增大，這是由于葉片負荷降低、低能流體吸附能力降低和周向流量畸變能力降低所致。提率的原因是加工槽對壓氣機葉頂流場產生低頻非定常影響信號。嵌入式耐高溫軸流風機在低速壓縮機上測試了不同結構的斜槽殼體處理。實驗表明，合理的配置可以提高壓縮機效率1%~2%，而不會對失速裕度產生不利影響。

嵌入式耐高溫軸流風機在0.05<r<0.4的范圍內，a的變化很小。當0.4<r<0.85時，_a逐漸增大，在85%葉高時達到較大值，說明該區(qū)域具有更大的機械能和更強的循環(huán)能力。與均勻間隙相比，方案2和方案6的葉尖間隙形狀在0<r<0.5時基本保持不變，說明葉尖間隙形狀的變化對葉片底部到中部沒有影響，但在方案2下，嵌入式耐高溫軸流風機葉尖間隙高于均勻間隙，而葉片TiP間隙小于均勻間隙。這是由于葉尖渦度強度增大，泄漏流減弱，葉片前緣渦度明顯增大和減小。減輕了主流與泄漏流的相互作用，削弱了泄漏渦的強度，增強了葉片中上部的流動能力，增加了獲得的能量。在方案6中，在0.5<r<0.85的范圍內，均勻間隙也略有增大，但接近較大的速度明顯減小。這是由于葉尖渦度強度隨間隙的均勻變化而略有變化，對泄漏流影響不大，而葉尖前緣渦度強度顯著增大，導致葉尖a減小，總流量減小，能量降低，從而提高了風機效率?？紤]到風機選型中參數(shù)裕度過大，導致軸流風機在設計流量的左側運行，可以將變細的間隙形狀作為提高風機性能的手段。ENcy略有下降。也就是說，為了更直觀地反映嵌入式耐高溫軸流風機葉頂間隙形狀變化對葉頂附近速度場的影響，90%葉片高度截面的軸向速度分布如圖7所示。