北航新闻网6月13日电（通讯员 井彦祺）近日，航空发动机研究院先进压气机气动设计团队赵守阳、于贤君、孟德君、安广丰、刘宝杰在压气机污染沉积和性能衰减实验模拟研究方向取得进展，研究成果以《Experimental simulation of fouling effects in a four-stage low-speed axial compressor: fouling distribution and performance changes》为题发表在Physics of Fluids期刊。该研究旨在解决当前压气机叶片表面污染模拟研究实验研究方法缺乏、高精度数值模拟方法没有可靠复杂环境量化实验结果进行验证校核的瓶颈问题。

污染物在压气机叶片上的沉积是造成航空发动机和燃气轮机性能衰减的重要影响因素之一，受到广泛关注。由于污染加速模拟对实验操作人员和仪器设备易造成损害，实验室环境的高精度精细化实验测量结果非常匮乏，为该问题的机理认知和预测预防方法研究带来了挑战。本研究创新性的提出了可模拟不同污染环境特征的压气机污染沉积加速实验方法，搭建了一套污染沉积模拟实验专用低速压气机实验平台，发展了叶片复杂型面污染沉积分布特征的量化测量和分析方法，获得了长时间污染沉积后压气机性能衰减和叶表污染沉积厚度分布特征的量化测量结果。实验在一个低速高负荷四级轴流压气机上开展，结果显示，污染后压气机性能发生显著恶化，在大流量系数条件（φ=0.73）静压升系数下降6.8%，扭矩效率下降8.9%。性能下降主要归因于叶片前缘和压力表面上的污染，叶表最大沉积厚度可达0.28 mm。研究还发现，叶片对污染的敏感性受复杂的三维流动模式影响，二次流较强的区域，如叶尖泄漏流和角区分离流，更容易产生污染沉积并影响压气机性能。

该研究提出了可模拟不同污染环境特征的压气机污染沉积加速实验方法，搭建了一套污染沉积模拟实验专用低速压气机实验平台。基于该方法和平台，在公开发表的文献中，首次获得了发生长时间污染沉积后压气机性能衰减的量化测量结果；发展了叶片复杂型面污染沉积分布特征的量化测量和分析方法，获得了多级压气机环境，在设计工况长时间工作条件下，各排叶片叶表污染沉积厚度分布的量化测量结果。

本研究取得的丰富实验结果，为开展污染沉积对压气机性能衰减影响机理的研究提供了真实物理数据支持，也为高精度的污染沉积数值预测模型和数值模拟方法的发展提供了基础数据支持。此外，研究结果也可为压气机叶片鲁棒性设计方法的发展提供设计方向指引和验证方法。

四级压气机转静子叶表污染沉积分布典型量化测量结果

北航航发院压气机气动设计团队长期致力于压气机先进设计理论与方法、压气机内部复杂流动实验研究、计算流体力学及CFD软件开发等方面的研究工作。在团队创始人陈懋章院士和蒋浩康教授的引领下，团队教师始终奋战在航空发动机压气机气动力学基础研究、本研教学和工程实践教研一线，形成了“尚德务实、求真拓新、穷理致用、传道立学”的团队建设与发展理念。团队共有5名教师，学术带头人刘宝杰教授、核心成员宁方飞、于贤君、安广丰和王若玉等4位老师。

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0266488

（审核：袁星）

编辑：贾爱平