压气机叶栅内三维空间分离流动对于压气机内部损失及压气机稳定性有着十分重要的影响,从流动本质上决定了压气机叶栅内部流动损失机理和压气机失稳过程,是长期以来压气机气动力学领域具有挑战性的研究方向和研究重点。压气机叶栅内部的三维分离流动充分体现了逆压流动条件下,粘性、可压缩性、非定常性等一系列复杂的流体固有属性,角区失速、叶顶泄漏流动是压气机叶栅内部最为重要的三维空间分离结构,具有跨通道和非定常属性,直接影响着压气机内部的流动损失和压气机稳定性。本文以压气机叶栅角区失速和叶顶泄漏流动现象为切入点,采用基于SST湍流模型的多通道非定常RANS数值模拟方法,研究了压气机矩形叶栅及压气机转子叶栅内的三维流动分离现象及失稳过程。主要包括以下两个方面的研究内容:首先,以带叶顶间隙的矩形叶栅内部旋涡和分离流动为研究对象,基于多叶栅通道非定常计算模型,研究了正攻角直至正失速攻角情况下,矩形叶栅角区分离、叶顶泄漏的非定常跨通道演变过程。数值模拟结果表明,正攻角条件下矩形叶栅角区分离的核心区域为起始于无间隙的下端壁、吸附于吸力面的稳定的“龙卷风”型径向分离结构,随着攻角的增大角区分离结构和叶顶泄漏流动的非定常性显著增强,并出现明显的跨通道传播。在近失速攻角情况下,叶栅角区径向流动迅速加强,形成贯穿整个叶展的径向串流,严重干扰另一侧的间隙泄漏流动,诱导泄漏涡周期性破碎和恢复。本文通过研究给出了叶顶间隙存在时,压气机多通道矩形叶栅通道内三维空间分离结构的非定常演化过程,以及压气机叶栅内三维分离失稳过程的阶段性描述和流动特征。其次,在对矩形叶栅研究结果的分析和认识基础上,采用整周的非定常数值模拟手段,研究了压气机转子旋转失速过程中叶栅内部角区分离流、叶顶泄漏流等三维分离流动现象及演化过程。研究结果发现近失速工况下,压气机角区尾缘附近存在着类似矩形叶栅角区分离的径向二次流动,并且随着出口节流的加深,角区径向流动强度逐渐增强,在抵达叶顶后,其位置表现出明显的轴向波动和周向传播。角区径向流在波动过程中与叶顶泄漏涡相互干扰,形成二次旋涡结构,使得叶顶堵塞加剧,促使前缘溢流现象发生。径向流波动的周向传播会导致叶顶堵塞和前缘溢流周向运动,随着波动的加剧,前缘溢流的程度增强,发生前缘溢流的叶片数目增加,最终在叶尖位置处发生流动失稳。基于本文的研究结果发现,在正攻角条件下,无论是带叶顶间隙的矩形叶栅还是压气机转子叶栅的通道内,都存在着起始于吸力面尾缘附近下端壁,沿径向迁移的低能流体,低能流体在近失稳状态下会发展至叶顶对叶顶泄漏涡产生干扰。这种扰动在矩形叶栅和转子叶栅中都存在跨通道的传播,并会导致矩形叶栅叶顶泄漏涡破碎,促使矩形叶栅流动失稳,在转子叶栅顶部则会产生一个二次旋涡结构,进而对压气机转子叶栅流动特别是叶顶流动的稳定性产生明显的影响。