为了探索大负荷大流量风机的关键气动设计技术和内部流动机理，本文设计了一台嵌入式耐高温轴流风机，其压力比为1.20，负荷系数为0.83。详细研究了流量系数、反力等设计参数的影响规律，给出了相应的选择原则。分析了叶片负荷调节、叶片弯曲和叶片端部弯曲对叶栅流动、级匹配和级性能的影响，给出了高负荷轴流风机三维叶片设计的基本原则。同时，开发了S1流面协同优化方法，取得了较好的效果。模拟和试验结果表明，轴向缝处理技术不仅能达到稳定膨胀效果，而且能在设计速度下提***率和压力比。降低了定子损耗，增大了风机裕度。高压风机的设计通常采用离心风机，但离心风机存在迎风面积大、流量小、效率低等缺点。针对大流量、高压力比、率的设计要求，如何完成单级轴流设计成为研究的***。长期以来，轴流风机的设计方法得到了发展。从孤立叶型法、叶栅法、降功率法到目前广泛采用的准三维、全三维气动设计方法，甚至到S1流面叶型优化[6]、三维叶型优化、嵌入式耐高温轴流风机三维叶型技术，已经有了大量的研究工作。用于提高设计方法的准确性和快速性。以率、高负荷为设计目标，通过合理选择总体参数，优化了嵌入式耐高温轴流风机流面叶片的初步设计和三维叠加，实现了轴流风机的气动设计。根据以往对嵌入式耐高温轴流风机亚音速定子叶片的研究，前缘弯曲用于匹配迎角[20]，根部弯曲高度为20%，端部弯曲角度为20，顶部弯曲高度为30%，端部弯曲角度为40，如图18左侧所示。为了准确、快速地得到初步设计方案，将现有的经典叶片型线直接用于一维设计和初步设计。弯曲高度和弯曲角度的选择是基于流入流的流动角度条件：如图5中蓝色箭头所示，定子叶片的流入角度受上游动叶片的影响，靠近端壁有两个不符合主流分布趋势的区域，而弯曲高度末端弯板的T应覆盖与流动角度匹配的区域；末端弯板角度的选择基于区域和主流流动角度之间的差异。根据前面的研究，嵌入式耐高温轴流风机前缘弯曲的定子叶片可以有效地消除流入攻角，但叶片的局部端部弯曲会导致叶片局部反向弯曲的形状效应。在保证端部攻角减小的同时，定子叶片端部的阻塞量增大，损失增大。在端部弯曲建模的基础上，适当叠加叶片正弯曲建模，可以减小端部攻角，保证定子叶片和级间的有效流动。这是因为当气流通过叶栅时，从吸力面到相邻叶片压力面的离心力沿叶片高度逐渐增大。通过实验设计的方法，得到了合适的前弯参数：嵌入式耐高温轴流风机弯曲高度60%，轮毂弯曲角度40，翼缘弯曲角度20，基本符合以往研究得出的弯曲叶片设计参数选择规则。不同叶栅的吸力面径向压力梯度和出口段边界层边界的径向压力梯度可以很好地进行比较。在带端弯和正弯叶片的三维复合叶片表面，存在两个明显的径向压力梯度增大区域，形成从端弯到流道中径的径向力，引导嵌入式耐高温轴流风机叶片表面边界层的径向重排。从出口段附面层的边界形状可以看出，复合三维叶片试图使叶片的径向附面层均匀化，消除了叶片角部区域的低能流体积聚，对提高叶片边缘起到了明显的作用。在嵌入式耐高温轴流风机机械中，为了防止旋转叶片和固定壳体之间的摩擦，叶片顶部和壳体之间必须有一定的间隙。由于叶尖间隙的存在，不可避免地会发生泄漏流。泄漏流与主流相互作用形成的泄漏涡将影响涡轮机械的内部流场和气动性能，尤其是效率、嵌入式耐高温轴流风机噪声和稳定的工作范围。在嵌入式耐高温轴流风机叶片前缘形成了C形轴向速度分布，在翼型阻力的作用下，流入流的轴向速度减小，形成了一个低速区。因此，通过改变叶顶间隙形状，对叶顶泄漏流进行综合分析，提高涡轮机械的气动性能具有重要的现实意义和工程参考价值。目前，对叶尖间隙进行了一系列的实验和数值模拟研究，主要集中在叶尖和壳体两个方面。对于叶片顶部，Young等人[4]采用实验方法研究了单槽、双槽和上斜面对涡轮性能的影响。在此基础上，模拟了嵌入式耐高温轴流风机、类型和位置对轴流风机性能的影响，指出在设计流量下，叶顶双槽结构具有较佳的气动性能，风机效率提高了1.05个百分点。对多级压缩机表明，叶根倒角还可以减小角区的失速，提高工作范围。嵌入式耐高温轴流风机带肩端间隙涡轮的研究表明，压力侧和吸入侧后缘槽都可以略微增大叶片顶面传热系数，但吸入侧后缘槽可以减小间隙的泄漏损失。在嵌入式耐高温轴流风机叶片前缘形成了C形轴向速度分布，在翼型阻力的作用下，流入流的轴向速度减小，形成了一个低速区。吸入面沿转子旋转的相反方向形成横向压力梯度。根据机翼理论，通过吸力面的速度高于通过压力面的速度，吸力面后缘形成高速区。进一步讨论了动叶区中间流动面内的总压力分布。现有的实验改进模型包括经典亚音速叶片型线NACA65、***和BC10，基本满足了风机的初步设计要求。分析了在设计流量下动叶区中流面内的总压分布。由于嵌入式耐高温轴流风机叶片压力面所做的工作，压力面上的总压力明显高于吸力面上的总压力，总压力沿动叶片旋转方向由压力面逐渐下降到吸力面。总压逐渐升高，但吸入面略有变化。这是因为当气流通过叶栅时，从吸力面到相邻叶片压力面的离心力沿叶片高度逐渐增大。为了抵消离心力的影响，将叶片设计为扭曲叶片后，沿叶片高度方向产生横向压力梯度，使两个力达到平衡，吸力面附近有一个负压区。由于嵌入式耐高温轴流风机叶片的吸入面和压力面之间的压差较大，位于压力侧的流体通过叶尖间隙流向吸入面，导致叶尖间隙中的泄漏流。泄漏流与主流相互作用，产生较大的泄漏损失。)