中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著新能源的發(fā)展，我國的能源結(jié)構(gòu)正發(fā)生著日新月異的變化，諸如風(fēng)能、太陽能等可再生能源占據(jù)了越來越多的能源供應(yīng)份額，也給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來了很多不穩(wěn)定因素。因此燃?xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的削峰填谷作用日益顯著，而其在最佳效率工況運(yùn)行的時(shí)間也將隨之大大縮短。這就對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)——要求燃?xì)廨啓C(jī)能夠在除滿負(fù)載外的其他運(yùn)行工況下仍然高效、穩(wěn)定和安全地運(yùn)行。對(duì)于壓氣機(jī)領(lǐng)域工程師和研究者來說，意味著需要提高壓氣機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定裕度和工作效率。
壓氣機(jī)中的流動(dòng)不穩(wěn)定性、旋轉(zhuǎn)失速和喘振是葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)中最復(fù)雜的問題之一，它制約了軸流壓氣機(jī)的工作范圍。早在1987年，實(shí)驗(yàn)就發(fā)現(xiàn)失速先兆起始于葉頂區(qū)域，葉頂泄漏流不僅影響壓氣機(jī)的效率，對(duì)壓氣機(jī)的穩(wěn)定性裕度也有很大的負(fù)面影響。而高壓級(jí)壓氣機(jī)葉片很短，葉頂間隙相對(duì)于葉高的相對(duì)值更大，因而葉頂泄漏流的影響也更為突出；但另一方面高壓級(jí)葉片尺寸小、轉(zhuǎn)速快，內(nèi)部流動(dòng)的流場細(xì)節(jié)往往難以捕捉。解決這一問題的途徑有二：一是提高探針的響應(yīng)頻率并減小尺寸，二是采用低速反演高速的壓氣機(jī)?；O(shè)計(jì)方法，用一臺(tái)低速大尺寸壓氣機(jī)模擬高速目標(biāo)壓氣機(jī)的流場特征。
近期，中國科學(xué)院工程熱物理研究所能源動(dòng)力中心的研究團(tuán)隊(duì)在上述兩方面均獲得了可喜的進(jìn)展。在測量手段方面，研究所相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)成功研制了一種高頻響高空間分辨率的動(dòng)態(tài)總壓探針，采用了基爾探頭和半無限引壓管的結(jié)構(gòu)，探頭直徑僅2mm，而響應(yīng)頻率可以達(dá)到10kHZ，在保證足夠的空間分辨率的前提下，同時(shí)獲得了很高的時(shí)間分辨率。在葉片設(shè)計(jì)方面，研究團(tuán)隊(duì)首先根據(jù)Chen葉頂泄漏流模型，分析得到泄漏流相似的相似準(zhǔn)則，進(jìn)而依據(jù)準(zhǔn)則通過反問題設(shè)計(jì)和三維積疊得到了與高速原型葉片泄漏流相似的低速大尺寸葉片。最后經(jīng)過三維數(shù)值模擬，從特性線、泄漏流軌跡以及泄漏流與主流交界面三個(gè)層面（見下圖），驗(yàn)證了低速模型葉片與高速原型葉片的相似性，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。與此同時(shí)，相應(yīng)的低速大尺寸壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)也已經(jīng)完成搭建和調(diào)試工作，目前正在開展旋轉(zhuǎn)失速機(jī)理方面的研究。
上述成果得到了自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.51206164）的支持，相關(guān)文章已發(fā)表在Journal of Thermal Science 等雜志上。
工程熱物理所壓氣機(jī)失穩(wěn)機(jī)理研究取得新進(jìn)展
