從山東烘干風(fēng)機(jī)的一般參數(shù)出發(fā)，通過一維徑向參數(shù)和子午向徑向參數(shù)的設(shè)計(jì)，得到了初步設(shè)計(jì)方案的性能預(yù)測和幾何參數(shù)。初步方案利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)葉片型線對(duì)三維葉片進(jìn)行幾何建模，通過求解三維穩(wěn)定流場對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。一維參數(shù)設(shè)計(jì)主要是求解平均半徑氣動(dòng)參數(shù)的控制方程。采用逐級(jí)疊加法對(duì)多級(jí)壓縮系統(tǒng)進(jìn)行了氣動(dòng)計(jì)算。由于葉根和葉頂端壁附件的附面層較厚，導(dǎo)致流體流過該區(qū)域后的軸向速度較小，而葉頂附件又因泄漏存在使軸向速度進(jìn)一步減小。同時(shí)調(diào)整了山東烘干風(fēng)機(jī)相應(yīng)的攻角、滯后角和損失模型。后，得到了平均半徑和子午線流型下的基本氣動(dòng)參數(shù)。計(jì)算中使用的損失和氣流角模型需要大量的葉柵試驗(yàn)作為支撐。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)模型包括經(jīng)典亞音速葉片型線NACA65、C4和BC10，基本滿足了風(fēng)機(jī)的初步設(shè)計(jì)要求。為了準(zhǔn)確、快速地得到初步設(shè)計(jì)方案，將現(xiàn)有的經(jīng)典葉片型線直接用于一維設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)負(fù)荷超過原模型時(shí)，采用MISES方法對(duì)S1流面進(jìn)口斷面進(jìn)行分析，得到初始滯后角，如本文對(duì)高負(fù)荷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)。在S2流面設(shè)計(jì)中，山東烘干風(fēng)機(jī)采用流線曲率法對(duì)S2流面進(jìn)行了流量計(jì)算。為了簡化計(jì)算過程，將計(jì)算假設(shè)為無粘性和恒定絕熱，忽略了實(shí)際渦輪機(jī)械中的三維、非定常和粘性流動(dòng)特性，引入了葉排損失來表示葉柵中流體粘度的影響。通過三維流場的數(shù)值分析，修正了求解S2流面過程中的損失，并通過迭代得到了初步設(shè)計(jì)方案。

介紹了一套高負(fù)荷山東烘干風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)過程，包括參數(shù)選擇、葉片形狀優(yōu)化和三維葉片的設(shè)計(jì)思想。在此基礎(chǔ)上，完成了高負(fù)荷軸流風(fēng)機(jī)壓力比1.20的初步設(shè)計(jì)，負(fù)荷系數(shù)高達(dá)0.83。其次，在初步設(shè)計(jì)方案中，通過對(duì)山東烘干風(fēng)機(jī)靜葉多葉高處S1流面剖面的協(xié)調(diào)優(yōu)化，有效地減少了靜葉損失，提高了風(fēng)機(jī)的裕度。同時(shí)，采用三維葉片技術(shù)，提高了定子葉片的端部流動(dòng)，提高了定子葉片端部區(qū)域的工作能力。從表2可以看出，初步設(shè)計(jì)方案的氣動(dòng)參數(shù)與一維設(shè)計(jì)結(jié)果吻合較好。風(fēng)機(jī)裕度由27.1%擴(kuò)大到48.8%。優(yōu)化葉頂間隙形狀可以有效地提高軸流風(fēng)機(jī)的性能。采用FLUENT軟件對(duì)OB-84動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)在均勻和非均勻間隙下的性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，討論了不同間隙形狀對(duì)泄漏流場和間隙損失分布的影響。結(jié)果表明，在平均葉頂間隙不變的前提下，錐形間隙風(fēng)機(jī)的總壓力和于均勻間隙風(fēng)機(jī)，區(qū)范圍擴(kuò)大，錐形間隙越大，性能改善越顯著；錐形間隙改變了間隙內(nèi)渦量場的分布，減少了葉尖泄漏損失，增強(qiáng)了山東烘干風(fēng)機(jī)葉片上、中部的功能力。風(fēng)機(jī)的性能低于均勻間隙的性能。錐形葉片的葉尖間隙形狀可以作為提高風(fēng)機(jī)性能的重要手段。

山東烘干風(fēng)機(jī)在0.05<r<0.4的范圍內(nèi)，a的變化很小。當(dāng)0.4<r<0.85時(shí)，_a逐漸增大，在85%葉高時(shí)達(dá)到較大值，說明該區(qū)域具有更大的機(jī)械能和更強(qiáng)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(shí)基本保持不變，說明葉尖間隙形狀的變化對(duì)葉片底部到中部沒有影響，但在方案2下，山東烘干風(fēng)機(jī)葉尖間隙高于均勻間隙，而葉片TiP間隙小于均勻間隙。采用二階逆風(fēng)法離散了與空間有關(guān)的對(duì)流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)和湍流粘性系數(shù)，忽略了重力和壁面粗糙度的影響。這是由于葉尖渦度強(qiáng)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(qiáng)度，增強(qiáng)了葉片中上部的流動(dòng)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(nèi)，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(qiáng)度隨間隙的均勻變化而略有變化，對(duì)泄漏流影響不大，而葉尖前緣渦度強(qiáng)度顯著增大，導(dǎo)致葉尖a減小，總流量減小，能量降低，從而提高了風(fēng)機(jī)效率。ENcy略有下降。也就是說，為了更直觀地反映山東烘干風(fēng)機(jī)葉頂間隙形狀變化對(duì)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。

在山東烘干風(fēng)機(jī)葉片前緣形成了C形軸向速度分布，在翼型阻力的作用下，流入流的軸向速度減小，形成了一個(gè)低速區(qū)。吸入面沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的相反方向形成橫向壓力梯度。根據(jù)機(jī)翼理論，通過吸力面的速度高于通過壓力面的速度，吸力面后緣形成高速區(qū)。進(jìn)一步討論了動(dòng)葉區(qū)中間流動(dòng)面內(nèi)的總壓力分布。三個(gè)截面共優(yōu)化了22個(gè)葉片型線參數(shù)，包括較大厚度位置、安裝角度、中弧控制點(diǎn)、吸入面控制點(diǎn)等。分析了在設(shè)計(jì)流量下動(dòng)葉區(qū)中流面內(nèi)的總壓分布。由于山東烘干風(fēng)機(jī)葉片壓力面所做的工作，壓力面上的總壓力明顯高于吸力面上的總壓力，總壓力沿動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)方向由壓力面逐漸下降到吸力面?？倝褐饾u升高，但吸入面略有變化。這是因?yàn)楫?dāng)氣流通過葉柵時(shí)，從吸力面到相鄰葉片壓力面的離心力沿葉片高度逐漸增大。為了抵消離心力的影響，將葉片設(shè)計(jì)為扭曲葉片后，沿葉片高度方向產(chǎn)生橫向壓力梯度，使兩個(gè)力達(dá)到平衡，吸力面附近有一個(gè)負(fù)壓區(qū)。由于山東烘干風(fēng)機(jī)葉片的吸入面和壓力面之間的壓差較大，位于壓力側(cè)的流體通過葉尖間隙流向吸入面，導(dǎo)致葉尖間隙中的泄漏流。泄漏流與主流相互作用，產(chǎn)生較大的泄漏損失。