3.2 压气机气动设计概述

3.2.1 压气机气动设计的基本流程

气动设计是压气机设计的开端，气动设计的优劣直接决定压气机研发的成败。经过几十年的发展，压气机气动设计方法已经从简单的二维设计发展到目前的以三维CFD（计算流体力学）为基础的多级三维定常/非定常设计。

当前压气机设计的流程一般可分为热力方案设计、叶型设计和三维精细优化设计三个阶段。作为压气机气动设计的第一步，热力方案设计分为一维热力设计和通流设计，其主要工作是根据总体设计要求，确定压气机级数以及各级的无量纲设计参数，以之为基础，生成子午流道布局，获得各级平均截面的速度三角形以及参数沿叶高的分布等。由于子午流道的布局等关键特征在热力方案设计阶段就基本确定，在叶型设计和三维精细优化设计中往往只进行细微的调整，因此，热力方案设计在很大程度上决定了整个压气机的特征，对压气机最终性能具有重要的影响。叶型设计以构建满足热力方案设计意图的几何实体为目标，为后续三维性能分析、精细化设计及结构、强度等分析提供几何载体，是高性能压气机设计流程中不可缺少的关键步骤。而考虑到压气机内部气体流动非常复杂，在叶型设计的基础上，基于高精度分析手段开展精细设计优化是提高压气机性能的有效途径。不过，需要强调的是由于CFD技术的不确定性，在当前的轴流压气机设计中，速度三角形和叶型的初始设计仍然要依靠传统的通流计算和叶片造型方法，在此基础上辅以CFD数值模拟技术，进行必要的设计调整与优化。CFD技术目前还不能替代试验研究及试验验证，通常需要使用试验结果来校验CFD计算的结果。