叶轮机械流体动力学研究进展

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叶轮机械在石油化工、动力工程、通风等许多领域有着广泛的应用。高性能涡轮机械的新应用和新需求，一直是分析和理解复杂内部流动、压力分布等问题的动力。近年来，高效可靠的数值模拟方法、新型传感器和实验方法取得了迅速的发展，新型涡轮机械正在研制和应用。

本特刊重点介绍叶轮机械流体动力学方面的进展。主题包括数值模拟，理论模型，实验测量，优化设计，叶片裂纹检测，以及各种叶轮机械应用。10篇投稿中有7篇发表在本期特刊上。每篇论文至少由两名审稿人审阅，并根据审阅意见进行修改。主要内容包括:压力测量、定常与非定常数值模拟、内冷热模型、优化设计、裂纹检测和转子-轴承系统。

摘要高压比离心压气机由于体积小、效率高、工作范围广，在涡轮增压器和涡轴发动机中得到了广泛的应用。与亚音速进口条件下的叶轮流动相比，由于激波的存在，跨音速叶轮内的流动更为复杂。F. Lou等人通过静压测量研究了跨音速叶轮的空气动力学，发现在90%到100%修正速度范围内，出现在叶轮前缘上游的激波被观察到。随着进口叶尖相对马赫数的增加，激波向叶轮尾缘移动。

虽然已有对壁面压力分布的实验研究，但对旋转系统中叶片压力的测量尚不多见。S. Münsterjohann和S. Becker将微型压力传感器集成到叶轮中，以确保传感器安装膜的冲洗，避免对流场的影响。研究结果显示了非定常压力分布及其锁相整体平均，为深入理解通道鼓风机内部的流动现象和压力产生理论提供了依据。

计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)是叶轮机械整体性能预测的有力工具，稳态和非稳态数值模拟在不同的时间成本和计算精度下得到了广泛的应用。a . Ortolan等人比较了在负载控制的风车上运行的常规风扇的稳态和非稳态数值模拟。数值分析表明，非定常数值模拟的时间平均解与定常数值模拟的全局性能相差不大。

高压涡轮叶片内部冷却方式对燃气涡轮发动机的使用寿命至关重要，叶片有效冷却系统的建立是一个复杂的过程。I. Shevchenko等人提出了一种在熔融金属恒温器中量热测量的方法，用于验证冷却叶片的热模型。该方法可在单次实验中获得叶片表面各点的局部热流密度值，且径向通道叶片局部传热系数的确定误差不超过8%。

性能优化一直是叶轮机械设计中的一个难题。J.-W。Kim等人以生成的12个设计点的目标函数值为基础，采用径向基神经网络代理模型，同时优化泵机模式效率。与参考设计相比，他们成功地提高了泵和涡轮模式在整个流量范围内的效率，除了涡轮模式在低流量时的效率。

风机叶片经常发生裂纹故障，导致操作中断，增加维护，降低产品质量，影响操作人员的安全。M. Yu等人基于风机叶片的离散数学模型，开发了一种利用固有频率变化检测损伤的方法。本研究为从不同的角度研究裂缝的影响提供了帮助。

涡轮膨胀机是高速能量转换系统中不可缺少的部件，其平稳运行取决于转子轴承系统的稳定性。T. Lai等人为涡轮膨胀机开发了一种利用凸起箔片轴颈和推力轴承的箔片轴承支撑技术。由于在轴承中的箔的合规性，由突出的箔轴颈轴承支持的转子可以在过高公称轴承间隙下运行。

这些论文代表了一个激动人心的，有洞察力的观察到的国家的艺术，以及新兴的未来主题，在这个重要的跨学科领域。我们希望本期特刊能够引起同行们的广泛关注。

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