周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子氣動(dòng)性能的影響研究

錢煜平*/勢(shì)加透博（北京）科技有限公司

鄭志國 孫玉瑩 李云 羅勁/沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司

周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子氣動(dòng)性能的影響研究

錢煜平*/勢(shì)加透博（北京）科技有限公司

鄭志國 孫玉瑩 李云 羅勁/沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司

串列葉柵是提高軸流壓氣機(jī)氣動(dòng)負(fù)荷的有效途徑。在串列轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)中，前后排轉(zhuǎn)子的周向相對(duì)位置對(duì)其效率和失速裕度具有重要影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)后排轉(zhuǎn)子前緣靠近前排轉(zhuǎn)子壓力面時(shí)，串列轉(zhuǎn)子效率和失速裕度均要優(yōu)于其他周向布局形式。在設(shè)計(jì)工況，后排轉(zhuǎn)子的勢(shì)影響對(duì)前排轉(zhuǎn)子吸力面流動(dòng)有著重要影響，當(dāng)后排轉(zhuǎn)子前緣逐步靠近前排轉(zhuǎn)子壓力面時(shí)，可以改善前排轉(zhuǎn)子吸力面尾緣區(qū)域的壓力梯度，避免吸力面發(fā)生流動(dòng)分離；在近失速工況，當(dāng)后排轉(zhuǎn)子前緣靠近前排轉(zhuǎn)子壓力面時(shí)，利用后排葉尖泄漏流與前排尾跡之間的流動(dòng)摻混，可以有效減小后排通道中葉尖的氣動(dòng)堵塞，有效拓寬串列轉(zhuǎn)子的失速裕度。

串列轉(zhuǎn)子；勢(shì)影響；葉尖泄漏流；尾跡；流動(dòng)摻混

0 引言

相對(duì)于傳統(tǒng)單葉排設(shè)計(jì)，串列轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)可以有效提高氣動(dòng)負(fù)荷。Bammert[1]的研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)軸流壓氣機(jī)設(shè)計(jì)，在相同的氣動(dòng)負(fù)荷下，串列葉排設(shè)計(jì)可以減少40％的葉片數(shù)和30％的軸向長度。Ihlenfeld[2]給出了前后排葉片最優(yōu)相對(duì)位置的判定準(zhǔn)則，即前排葉片的尾跡必須在后排葉片吸力面尾緣處與附面層混合，也就是后排葉片通道的出口平面上只能有一個(gè)尾跡；并且前后排葉片的負(fù)荷應(yīng)該相等。但是，上述研究都只分析了前后排葉片周向位置的變化對(duì)串列轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)點(diǎn)性能的影響，并未闡述周向位置的變化對(duì)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能的影響。近年的研究顯示，轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流對(duì)壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)工況的性能有著重要影響[3-5]，尤其對(duì)高負(fù)荷壓氣機(jī)性能有著至關(guān)重要的影響。本文首先研究了設(shè)計(jì)工況下周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子性能的影響，然后在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析串列轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流與后排葉片通道內(nèi)尾跡之間的摻混，對(duì)串列轉(zhuǎn)子非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能的影響。

1 串列轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬方法介紹

1.1 串列轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)

在串列轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)過程中，參考Bammert[1]的研究結(jié)論，保持前后排轉(zhuǎn)子具有相同的壓升。設(shè)計(jì)流量系數(shù)為0.737；總壓升系數(shù)為0.565 4（前后排葉片總壓升系數(shù)均為0.282 7）；設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為1 450r/min；前后排葉片數(shù)均為11；葉型為C4葉型；葉尖間隙為1.33％葉高。葉中處的葉片設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 葉中處的葉片設(shè)計(jì)參數(shù)表

1.2 數(shù)值模擬方法

本文數(shù)值模擬所用求解器是ANSYS-CFX，控制方程是基于有限體積法的雷諾平均的N-S方程，采用2階精度的高分辨率格式，湍流模型選用SST模型，y+控制在5以內(nèi)。

進(jìn)口邊界條件：給定總壓為101 325Pa，總溫為293K，軸向進(jìn)氣；

出口邊界條件：徑向平衡的靜壓，通過給定不同的靜壓值來模擬不同工況。

網(wǎng)格劃分：串列轉(zhuǎn)子網(wǎng)格拓?fù)洳捎肏OH型網(wǎng)格，包圍葉片的區(qū)域?yàn)镺型網(wǎng)格，其他區(qū)域?yàn)镠型網(wǎng)格，葉尖區(qū)域blade-to-blade平面的網(wǎng)格拓?fù)淙鐖D1所示。單個(gè)葉片通道內(nèi)，流向分布165個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，徑向分布45層網(wǎng)格（其中葉尖間隙內(nèi)分布13層網(wǎng)格），周向分布49個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，單通道總網(wǎng)格數(shù)約為60萬。

圖1 B2B面的網(wǎng)格拓?fù)鋱D

2 周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)點(diǎn)性能的影響規(guī)律

2.1 前后排葉片相對(duì)位置對(duì)串列轉(zhuǎn)子內(nèi)部流動(dòng)影響的初步分析

在串列轉(zhuǎn)子中，前后排相對(duì)位置的變化將主要影響前排尾跡、前排葉尖泄漏流和后排葉尖泄漏流的發(fā)展?？紤]到以上三種典型流動(dòng)在前后排葉片通道內(nèi)的相互影響，串列轉(zhuǎn)子前后排葉片的周向布局可以分為三種基本形式，如圖2所示。

圖2 串列轉(zhuǎn)子前后排葉片的三種典型相對(duì)位置圖

在Location A的布局下，前后兩排葉片葉尖泄漏流各自獨(dú)立發(fā)展或兩者相互干涉影響較??；前排葉片的尾跡會(huì)對(duì)后排葉片吸力面壓力分布產(chǎn)生影響，進(jìn)而可能會(huì)影響后排葉片葉尖泄漏流的起始和發(fā)展；后排葉片靠近前排葉片壓力面尾緣側(cè)，其勢(shì)影響可能會(huì)對(duì)前排葉片壓力面尾緣處的附面層發(fā)展產(chǎn)生影響。

在Location B的布局下，前排葉片尾跡和前排葉尖泄漏流在后排通道內(nèi)獨(dú)立發(fā)展，但前、后排葉片的葉尖泄漏流之間存在強(qiáng)烈的相互干涉現(xiàn)象；由于后排葉片靠近前排葉片吸力面尾緣，后排葉片的勢(shì)影響將對(duì)前排葉片吸力面尾緣處的附面層發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

在Location C的布局下，由于后排葉片前緣在前排葉片通道出口平面的中間位置，前排葉尖泄漏流在下游將有可能撞擊到后排葉片前緣，將可能對(duì)后排葉片進(jìn)口氣流角產(chǎn)生影響。

基于以上分析，本文首先構(gòu)造了三種周向布置方式來對(duì)比研究設(shè)計(jì)工況下周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子性能的影響機(jī)理，詳細(xì)的前、后排葉片相對(duì)位置說明如圖3所示，其對(duì)應(yīng)的三維模型如圖4所示。

圖3 對(duì)比研究中，串列轉(zhuǎn)子的三種周向布局圖

圖4 串列轉(zhuǎn)子周向布局對(duì)應(yīng)的三維模型圖

圖5 不同周向布局下，串列轉(zhuǎn)子總性能對(duì)比圖

2.2 總性能對(duì)比

三種周向布局下，串列轉(zhuǎn)子總性能特性對(duì)比如圖5所示。在設(shè)計(jì)工況下，串列轉(zhuǎn)子性能對(duì)比如表2所示。結(jié)果表明：在整個(gè)流量范圍內(nèi)，串列轉(zhuǎn)子的周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子總性能特性具有決定性的影響。其中，串列轉(zhuǎn)子在Location A的周向布局下氣動(dòng)性能最好，在Location B的周向布局下氣動(dòng)性能最差。在兩種周向布局下，以Location A的性能為比較基準(zhǔn)，串列轉(zhuǎn)子的總壓升能力相差20％（相對(duì)值），效率在絕對(duì)值上相差6個(gè)百分點(diǎn)。

表2 串列轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)點(diǎn)性能對(duì)比表

2.3 設(shè)計(jì)工況下，前后排轉(zhuǎn)子總壓升徑向分布對(duì)比

由表2數(shù)據(jù)可知，周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子性能有決定性影響。圖6是設(shè)計(jì)狀態(tài)下（前后排轉(zhuǎn)子的總壓升系數(shù)均為0.282 7），前、后轉(zhuǎn)子及串列轉(zhuǎn)子的總壓升特性沿徑向的分布情況。由圖6可知，當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于Location A時(shí)，在設(shè)計(jì)工況下，前排轉(zhuǎn)子總壓升在全葉高范圍內(nèi)均顯著大于其他兩種布局形式；當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于Location B或C時(shí)，在設(shè)計(jì)工況下，后排轉(zhuǎn)子總壓升大于前排轉(zhuǎn)子，其中當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于Location C時(shí)，后排轉(zhuǎn)子總壓升最大，在從葉根到80％葉高范圍內(nèi)尤其顯著。從前、后排轉(zhuǎn)子總壓升分配情況看，當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于Location A時(shí)，前后兩排轉(zhuǎn)子的總壓升幾乎相同，與設(shè)計(jì)初衷保持一致。因此，無論從總壓升在前、后排轉(zhuǎn)子的分配，還是總壓升沿徑向分布的均勻性，以及與氣動(dòng)設(shè)計(jì)初衷的一致性，串列轉(zhuǎn)子在Location A的周向布局下，性能最優(yōu)，最接近設(shè)計(jì)預(yù)期。

圖6 不同周向布局下，串列轉(zhuǎn)子前、后排葉片總壓升系數(shù)對(duì)比圖

2.4 在設(shè)計(jì)工況下，周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律

為了分析后排葉片周向位置影響串列轉(zhuǎn)子總性能的原因，本節(jié)提取了設(shè)計(jì)工況下，葉片通道內(nèi)相對(duì)總壓和軸向速度沿流向的演化情況。圖7是沿流向所截取的6個(gè)平面位置，圖8是各個(gè)周向布置方案下對(duì)應(yīng)截面處的相對(duì)總壓升系數(shù)及軸向速度（Vz/Utip）分布情況。

圖7 流向不同位置的平面圖

圖8 不同流向位置，相對(duì)總壓升系數(shù)和軸向速度分布圖

圖8a顯示：當(dāng)后轉(zhuǎn)子片位于Location A時(shí)，損失主要來源于葉尖泄漏流和前排轉(zhuǎn)子的尾跡，但是通道中的損失并不顯著。后排轉(zhuǎn)子吸力面前緣葉根區(qū)出現(xiàn)了輕微的角渦分離現(xiàn)象。該分離渦與前排轉(zhuǎn)子尾跡摻混并向下游運(yùn)動(dòng)。前排轉(zhuǎn)子形成的尾跡和葉尖泄漏流在后排轉(zhuǎn)子中各自獨(dú)立的向下游發(fā)展。因此，當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于Location A時(shí)，串列轉(zhuǎn)子通道中二次流造成的損失較低。

圖8b顯示：當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于Location B時(shí)，前排轉(zhuǎn)子尾緣葉根處出現(xiàn)了十分顯著的角渦分離，同時(shí)，后排轉(zhuǎn)子通道內(nèi)出現(xiàn)大范圍流動(dòng)分離現(xiàn)象。上游流動(dòng)分離在后排轉(zhuǎn)子通道中進(jìn)一步發(fā)展，在此過程中分離流覆蓋范圍也隨之?dāng)U大。在后排轉(zhuǎn)子出口截面，分離區(qū)占據(jù)通道吸力面?zhèn)鹊娜~根至葉中的范圍，流動(dòng)分離引起的損失顯著。前排轉(zhuǎn)子尾跡沿著后排轉(zhuǎn)子通道的壓力面?zhèn)劝l(fā)展。前、后排轉(zhuǎn)子的葉尖泄漏流在后排轉(zhuǎn)子通道中發(fā)生摻混。因此，當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于Location B時(shí)，串列轉(zhuǎn)子通道中的損失主要來源于后排轉(zhuǎn)子葉根吸力面?zhèn)鹊拇蠓秶鲃?dòng)分離。

圖8c顯示：當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于Location C時(shí)，后排轉(zhuǎn)子前緣出現(xiàn)了輕微的角渦分離現(xiàn)象并沿著徑向發(fā)展。后排轉(zhuǎn)子通道中角渦分離造成的損失較大。前排轉(zhuǎn)子尾跡與后排轉(zhuǎn)子尖泄漏流在后排轉(zhuǎn)子通道內(nèi)發(fā)生摻混，對(duì)于A、B兩種布局情況，在后排轉(zhuǎn)子出口平面上前排尾跡寬度相對(duì)最寬。因此，當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于Location C時(shí)，串列轉(zhuǎn)子通道中的損失主要來源于后排轉(zhuǎn)子通道中角渦分離。

2.5 在設(shè)計(jì)工況下，串列轉(zhuǎn)子周向布局設(shè)計(jì)原則

綜上所述，在設(shè)計(jì)工況下，前排轉(zhuǎn)子二次流對(duì)后排轉(zhuǎn)子通道內(nèi)流動(dòng)發(fā)展的影響是決定串列轉(zhuǎn)子性能的最關(guān)鍵因素。圖9是三種周向布局情況下葉根區(qū)域流線發(fā)展情況，可以看出后排葉片對(duì)前排葉片的勢(shì)干擾現(xiàn)象。當(dāng)后排轉(zhuǎn)子位于前排轉(zhuǎn)子尾緣的吸力面?zhèn)葧r(shí)，在后排轉(zhuǎn)子前緣的勢(shì)影響下，前排轉(zhuǎn)子吸力面尾緣葉根處附面層將發(fā)生分離，并進(jìn)一步造成排轉(zhuǎn)子發(fā)生前緣流動(dòng)分離現(xiàn)象。因此，串列轉(zhuǎn)子布局時(shí)，后排轉(zhuǎn)子應(yīng)該靠近前排轉(zhuǎn)子尾緣的壓力面?zhèn)取?/p>

圖9 不同周向布局下，葉根區(qū)域流線發(fā)展圖

3 周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子近失速點(diǎn)性能的影響規(guī)律

本節(jié)將在設(shè)計(jì)工況下對(duì)串列轉(zhuǎn)子周向布局（Location A）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究串列轉(zhuǎn)子的周向布局對(duì)非設(shè)計(jì)工況，尤其是近失速點(diǎn)性能的影響規(guī)律。由圖8a可知，在后排轉(zhuǎn)子通道出口平面上，前排轉(zhuǎn)子尾跡和后排轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流形成的流動(dòng)損失和堵塞是影響串列轉(zhuǎn)子近失速點(diǎn)性能的關(guān)鍵因素。因此，需要明確前轉(zhuǎn)子尾跡與后排轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流在后排轉(zhuǎn)子通道內(nèi)之間的摻混對(duì)串列轉(zhuǎn)子非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能的影響規(guī)律。

為構(gòu)建后排葉尖泄漏流與前排尾跡之間不同的摻混程度對(duì)串列轉(zhuǎn)子后排葉片通道內(nèi)流動(dòng)的影響，分別將后排轉(zhuǎn)子布置在距離前排轉(zhuǎn)子壓力面24％，12％和9％柵距處，具體周向相對(duì)位置如圖10所示。

3.1 葉尖泄漏流與尾跡之間的相互作用對(duì)串列轉(zhuǎn)子總性能的影響

周向布局A1～A3情況下，串列轉(zhuǎn)子總性能對(duì)比如圖11所示（φ為流量系數(shù)，ψ為總壓升系數(shù)，η為效率）。串列轉(zhuǎn)子近失速點(diǎn)性能對(duì)比如表3所示。

對(duì)效率特性曲線而言，在流量大于設(shè)計(jì)流量（設(shè)計(jì)流量系數(shù)為0.737）的右半支曲線上，后排轉(zhuǎn)子前緣越靠近前排轉(zhuǎn)子壓力面尾緣，后排葉尖泄漏流與前排尾跡摻混越會(huì)引起額外的損失，導(dǎo)致效率有所降低；但在近失速工況附近，后排葉尖泄漏流/前排尾跡之間的摻混卻使得效率有所增加。對(duì)總壓升系數(shù)－流量系數(shù)曲線而言，后排葉尖泄漏流/前排尾跡摻混只對(duì)近失速工況的壓升有影響。

圖10 在Location A基礎(chǔ)上形成的三組串列轉(zhuǎn)子氣動(dòng)布局圖

圖11 串列轉(zhuǎn)子總性能對(duì)比圖

表3 失速點(diǎn)性能對(duì)比表

從定量分析看，后排葉尖泄漏流/前排尾跡摻混對(duì)串列轉(zhuǎn)子的峰值效率、總壓升系數(shù)影響均不大，但對(duì)失速裕度影響顯著，相對(duì)于位置A1，位置A3的失速裕度相對(duì)增加了11.7％。下面將通過對(duì)流場參數(shù)的分析，從后排葉片通道中后排葉尖泄漏流與前排尾跡之間摻混的角度去解釋導(dǎo)致串列轉(zhuǎn)子失速裕度變化的原因。

3.2 前排轉(zhuǎn)子尾跡與后排轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流之間摻混在近失速點(diǎn)工況的對(duì)比

近失速工況，流量系數(shù)為0.554，不同周向布局下串列轉(zhuǎn)子96％葉高軸向速度分布如圖12所示。Location A1時(shí)，在后排通道中，前排葉尖泄漏流、前排尾跡和后排葉尖泄漏流各自獨(dú)立發(fā)展；Location A2和A3時(shí)，在后排通道中，前排葉尖泄漏流在靠近壓力面?zhèn)泉?dú)自發(fā)展，后排葉尖泄漏流與前排尾跡發(fā)生摻混，Location A3的情況下?lián)交旄泳鶆?。后排轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流與前排尾跡進(jìn)行摻混后，后排通道中的低速區(qū)域明顯減小，而且后排轉(zhuǎn)子越靠近前排轉(zhuǎn)子壓力面，摻混越充分，低速區(qū)域越小。因此，在近失速工況，后排葉尖泄漏流與前排尾跡發(fā)生摻混可以有效減小后排葉尖泄漏流在后排通道中造成的堵塞。

3.3 前排轉(zhuǎn)子尾跡與后排轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流之間摻混對(duì)近失速點(diǎn)堵塞的影響

本文中采用如下方法對(duì)堵塞進(jìn)行定量分析：①通過V＜V*（V*為當(dāng)?shù)亟孛嫔厦娣e平均后的速度）判定出該平面上的速度虧損區(qū)；②通過公式

計(jì)算出當(dāng)?shù)亟孛嫔系膶?shí)際堵塞量，其中ρ為密度，A為面積。

在近失速點(diǎn)（流量系數(shù)為0.554），后排轉(zhuǎn)子通道中不同軸向位置平面上軸向速度沿徑向分布的對(duì)比如圖13所示。后排葉尖泄漏流與前排尾跡發(fā)生摻混后，后排轉(zhuǎn)子通道出口葉尖區(qū)域的軸向速度明顯增加，也就是說流動(dòng)摻混增加了后排轉(zhuǎn)子通道的葉尖通流能力。圖14進(jìn)一步顯示了后排轉(zhuǎn)子出口平面葉尖堵塞隨質(zhì)量流量的變化趨勢(shì)。在設(shè)計(jì)工況附近，后排葉尖泄漏流/前排尾跡摻混對(duì)葉尖堵塞的影響不大；但在近失速工況附近，相同的質(zhì)量流量下，后排葉尖泄漏流/前排尾跡摻混使得葉尖堵塞減小了近20％。

圖12 近失速點(diǎn)，軸向速度分布（96％葉高）對(duì)比

圖13 近失速點(diǎn)，后排轉(zhuǎn)子通道中不同軸向位置平面上軸向速度沿徑向分布的對(duì)比圖

圖14 后排轉(zhuǎn)子通道出口葉尖堵塞隨工況的變化圖

圖15 近失速點(diǎn)，后排通道出口葉尖堵塞對(duì)比圖

3.4 前排轉(zhuǎn)子尾跡與后排轉(zhuǎn)子葉尖泄漏流之間摻混對(duì)串列轉(zhuǎn)子失速裕度的影響規(guī)律

在近失速工況，流量系數(shù)為0.554，不同周向布局時(shí)后排轉(zhuǎn)子通道出口平面葉尖堵塞對(duì)比如圖15所示。橫坐標(biāo)為在后排轉(zhuǎn)子葉尖前緣吸力面相對(duì)于前排轉(zhuǎn)子壓力面的周向距離。在后排轉(zhuǎn)子通道中，后排葉尖泄漏流與前排尾跡之間摻混可以顯著減小下游堵塞，從而可以有效拓寬串列轉(zhuǎn)子的失速裕度。

4 結(jié)論

1）周向布局對(duì)串列轉(zhuǎn)子性能有決定性的影響，前排轉(zhuǎn)子二次流對(duì)后排轉(zhuǎn)子通道內(nèi)流動(dòng)發(fā)展的影響是決定串列轉(zhuǎn)子性能的最關(guān)鍵因素。后排轉(zhuǎn)子應(yīng)該布置在靠近前排轉(zhuǎn)子尾緣的壓力面?zhèn)龋詼p少后排轉(zhuǎn)子對(duì)前排轉(zhuǎn)子內(nèi)部流動(dòng)的勢(shì)干擾，避免前排轉(zhuǎn)子吸力面尾緣附面層發(fā)生分離，這種布局形式可以保證串列轉(zhuǎn)子在整個(gè)流量范圍內(nèi)總壓升和效率均處在較優(yōu)的水平。

2）在結(jié)論（1）基礎(chǔ)上，充分利用后排葉尖泄漏流與前排尾跡之間的摻混，可以有效減小由后排葉尖泄漏流在后排通道中造成的堵塞，使得串列轉(zhuǎn)子可以工作在更小的流量下，有效拓寬串列轉(zhuǎn)子的失速裕度。

[1]Bammert K,Staude R.Optimization for rotor blades of tandem design for axial flow compressors[R].ASME Paper 79-GT-123, 1979.

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[5]Hah C,Rabe D C.Role of tip clearance of flows on flow instabilityinaxialflowcompressors[R].ISABEPaper 2001-1223,2001.

CircumferentialArrangementEffects on the Aerodynamic Performance of Tandem Rotors

Qian Yu-ping/Xeca Turbo Technologies（Beijing）Co.,Ltd,＆amp;Tsinghua University
Zheng Zhi-guo，Sun Yu-ying，Li Yun，Luo Jin/Shenyang Blower Works Group Co., Ltd.

Atandem cascade is an effective way to improve the aerodynamic loading of axial compressors.The circumferential arrangement of the front/rear rotors has an importantimpactonboththetandem rotors'efficiency and stall margin.In this paper,the authors found that the tandem rotors could achieve an optimal efficiency and stall margin when the rear rotor's leading edge was close to the pressure side of the front rotor.In the aspect of design, the potential effect of the rear rotor is critical to the flow stability near the suction side of the front rotor.When the rear rotor is circumferentially close to the front rotor's pressure side,the pressure gradient near the suction side of the front rotor could beoptimized which would avoid flow separation on the suction side.Near the stall point, mixing of front rotor's wake and rear rotor's tip leakage flow could be used to reduce aerodynamic blockage in the tip region. Thus,the stall margin could be improved effectivelywhentherearrotoris circumferentiallyarrangedclosetothe front rotor's pressure side.

tandemrotors；potential effect；tip leakage flow；wake；flow mixing

TH453；TK05

A

1006-8155（2016）02-0030-08

10.16492/j.fjjs.2016.02.0174

*本文其他作者：錢煜平/清華大學(xué)汽車工程系

2015-10-26北京100107