顆粒沉積和沖蝕損傷對軸流壓氣機性能影響的研究進展

蔡柳溪， 賀 堯， 李 云， 侯燕芳， 王順森， 毛靖儒

(1.西安交通大學 化學工程與技術學院，西安 710049； 2.西安交通大學 葉輪機械研究所，西安 710049)

軸流壓氣機是一種重要的增壓設備，也是多種動力裝置中的核心部件，廣泛應用于能源動力、航空航天和化工過程工業等重要領域，其工作性能將直接影響整套裝置的經濟性[1]。

在不同應用環境中，微細顆粒黏附或高速沖擊葉片表面引起的葉片表面粗糙度增大、葉片型線改變以及缺陷損傷是造成壓氣機性能退化甚至設備失效的最主要原因之一[2]。在高濕度或海洋服役環境中，空氣中的灰塵和污染物顆粒進入壓氣機，在油、水和較高環境溫度的綜合作用下，會在壓氣機流道壁面形成明顯垢層[3]。航空發動機及艦船燃氣輪機長期服役過程中的性能降低，70%～85%是由壓氣機積垢引起的[4]。沙塵及海岸鹽霧等污染物顆粒在發動機流道內的沉積和侵蝕不僅會引起發動機推力減小，還會導致燃油消耗量增加2%以上[5]。在沙塵服役環境中，硬質沙塵顆粒在慣性力作用下直接撞擊增壓站壓氣機流道壁面，導致葉片表面粗糙度增大，葉片型線改變，進而引發壓氣機做功能力下降，甚至引發喘振等惡性事故[6]。

重型燃氣輪機進氣系統通常設有精密的過濾裝置，即便如此，仍無法阻止10 μm以下微細顆粒隨空氣進入壓氣機和燃氣透平[7-8]。據統計，LM2500型燃氣輪機在顆粒物體積分數為10-6cm3/m3，進氣質量流量為65 kg/s條件下連續工作24 h，進入壓氣機內部的顆粒物質量可達6 kg[9]。隨著高性能軸流壓氣機單級壓比和負荷不斷提高，壓氣機流道內的流動更加復雜，微細顆粒沉積與沖蝕損傷引起的壓氣機性能退化問題將更加凸出。因此，探索微細顆粒沉積和沖蝕損傷對壓氣機性能的影響對維持燃氣輪機安全高效運行意義重大，同時可為機組檢修策略的制定和安全運行預警提供理論依據。

1 顆粒沉積和沖蝕損傷作用下壓氣機性能退化機制

空氣中沙粒和飛灰在高速氣流攜帶作用下進入壓氣機，與各組件發生相互作用，通常包括“烘焙”效應引起的顆粒沉積板結、直接碰撞摩擦引起的表面劃痕損傷以及腐蝕性氣體電化學反應引起的金屬氧化物脫落缺陷[10]，以上均能導致壓氣機流道壁面粗糙度增大和結構損傷。

顆粒沉積和沖蝕損傷會導致壓氣機流道壁面產生不同程度的局部粗糙或型線改變，引起局部流場發生變化，進而影響壓氣機的總體性能。在壓氣機流道顆粒沉積研究方面，Tarabrin等[11]在某型燃氣輪機壓氣機部件污染調查報告中指出，前5級葉片均出現明顯的微細顆粒沉積，其中進口導葉和第1級葉片上沉積物質量較大，之后各級依次減小。部分鹽霧沉積加速實驗結果表明，沉積物主要分布于前4級葉片前緣和靜葉壓力面葉根區域[12]。賈會霞等[13]的單級葉片顆粒沉積仿真實驗結果也表明葉片壓力面和吸力面前緣處沉積率最大。分析認為，葉片前緣處氣流入口沖角大小將很大程度上影響顆粒運動軌跡，前緣區域對顆粒沉積敏感度也較高。在壓氣機流道顆粒沖蝕損傷研究方面，Poursaeidi等[6]對1.5級軸流壓氣機進行了沙塵磨損性能衰退實驗和數值模擬研究，結果表明動葉沖蝕率密度最大值位于葉片壓力面葉頂區域，同時靜葉前緣也出現了較大的沖蝕強度。趙磊[14]基于拉格朗日法預測了顆粒在葉片表面的碰撞位置，發現壓氣機轉子葉片顆粒碰撞概率大于導流葉片，且集中在轉子葉片前緣和葉尖位置。

上述針對微細顆粒在壓氣機流道內的沉積和沖蝕位置的研究結果表明，微細顆粒在壓氣機流道內的沉積和沖蝕會導致流道不同部位產生不均勻的壁面粗糙或型線改變。為了揭示顆粒沉積和沖蝕產生的壁面粗糙對壓氣機性能退化的影響機制，不同學者采用實驗或數值模擬方法開展了相應研究。Gbadebo等[15]的研究指出，顆粒沉積主要會造成壓氣機葉柵通道流動的三維分離和通道堵塞，不同位置粗糙度增加引起的三維流動分離程度也不同。蔡柳溪等[16]的研究指出，壁面粗糙度增加使動葉通道內激波位置向前緣移動，動葉吸力面分離區范圍和尺度增大，分離區徑向二次流的強度迅速增加。Yousif等[17]通過實驗研究發現，壁面粗糙除了會引起氣流分離外，還會影響壁面摩擦阻力，從而導致壁面剪切應力增大，壓力損失和阻力增大。除對單列動葉或單級葉片研究之外，張龍新等[18]對壓氣機中間兩級性能退化的相互作用機制進行了研究，發現前級損失引發的附面層和尾跡厚度增加會使后級動葉增壓比減小。

顆粒沉積和沖蝕損傷所產生的壁面粗糙會造成壓氣機葉柵通道內流動的三維分離和通道堵塞，進而導致壓氣機流量減少和絕熱效率下降。此外，顆粒沉積所引起的流道壁面形狀變化會影響葉片通道氣流擴散水平，導致壓氣機各性能參數均出現不同程度的衰退。

微細顆粒沉積和沖蝕損傷不僅會改變流道壁面粗糙度，還會使葉片前后緣、葉頂等關鍵部位產生不同程度的磨損變形，從而改變葉片原始型線。為了揭示葉片型線磨損對壓氣機性能的影響機制，不同學者開展了大量實驗或數值模擬研究。Hamed等[19]研究發現，顆粒進入壓氣機后所受到的離心力大于曳力，顆粒運動軌跡向葉頂處偏移，動葉葉頂及機匣的磨損會增加泄漏損失，導致壓氣機絕熱效率降低2%。Sakulkaew等[20]的數值研究結果表明，葉頂間隙增大引起的壓氣機效率降低是葉頂泄漏損失、流道內摻混損失以及機匣和輪轂壁面摩擦損失三者競爭的結果。Hergt等[21]基于實驗和數值模擬研究結果發現，前緣型線改變或變形引起的激波損失會導致設計工況點流動損失增大25%以上，吸力面側邊界層轉捩點向上游移動。賴安卿等[22]的研究認為，葉片前緣磨損鈍化后，葉尖區域激波后移，葉中區域分離渦損失增大，從而效率下降。同時，壓力面的靜壓減小導致壓氣機增壓能力降低。

綜上所述可知，顆粒沉積和沖蝕損傷引起的壓氣機流道壁面粗糙度增加和型線改變，加劇了近壁區氣流的摩擦，分離區氣流摻混、堵塞、激波損失以及葉頂泄漏損失等是導致壓氣機性能退化的主要原因。由于上述結果多為壓氣機穩定運行狀態下的研究結果，而在油氣輸運和電力調峰等領域，燃氣輪機經常以變工況運行狀態服役。因此，下一步應重點開展真實服役環境下軸流壓氣機流道內非定常流場、微細顆粒運動行為與壓氣機性能之間關系的研究，揭示真實服役環境下壓氣機性能退化的機理。

2 顆粒沉積和沖蝕損傷的表征及計算模型

為了分析葉片表面粗糙度和型線改變對壓氣機性能的影響，國內外許多學者開展了相關研究。這些研究大多采用RANS定常數值模擬方法，少數研究者則開展了顆粒加速沉積?；瘜嶒炑芯俊Ｔ跀抵的M研究中，葉片表面粗糙度以及葉片型線改變設置的合理與否很大程度上決定了數值模擬結果的可靠性。筆者梳理了當前研究中典型的葉片表面粗糙度處理方法和葉片型線改變處理方法，并對相關研究結果進行比較總結。

2.1 熱力學參數表征法

Zaba等[23]在1984年提出了通過體積流量和壓氣機效率的相對變化來表征葉片表面粗糙程度的關系式，如(1)所示：

(1)

式中：ΔqV為體積流量變化量;qV為壓氣機設計體積流量；Δηc為壓氣機效率變化量;ηc為壓氣機設計效率；Zc為表征葉片粗糙程度的無量綱參數。

這種表征方法簡單易行，但缺少對其他因素和細節的考慮，方法精度較低。葉片粗糙度改變的確是體積流量變化的誘發原因之一，但并非唯一原因，葉頂間隙增大同樣會引起體積流量和壓氣機效率變化。因此，用體積流量變化來反映流道壁面粗糙程度并不嚴謹。當然，這也只是早期測量和計算機技術不成熟時采用的方法之一。

2.2 等效砂礫粗糙度模型

等效砂礫粗糙度ks是將不同形狀粗糙度的影響通過特定系數等價成一層均勻砂礫。Nikuradse[24]最早在1950年針對管道摩擦損失系數對雷諾數Re和粗糙度的依賴關系，提出了無量綱粗糙度參數k+:

k+=duτ/ν

(2)

式中：d為實際砂礫直徑；uτ為摩擦速度；ν為流體運動黏度。

為將不同形狀粗糙度對表面摩擦損失的影響等價成一層均勻分布的砂礫，Schlichting等[25]在Nikuradse[24]研究的基礎上，提出用等效砂礫粗糙度ks統一各種粗糙度形狀的影響，如式(3)所示：

k+=ksuτ/ν

(3)

國內外學者采用等效砂礫粗糙度模型對壓氣機的性能退化特性進行了數值模擬。Morini等[26]根據葉片不同位置設置不同等級粗糙度，得到粗糙度變化下的壓氣機質量流量特性圖，如圖1所示。其中,p01為進口壓力;p03為出口壓力;qm為質量流量。等效砂礫粗糙度模型將不同形狀粗糙度對表面摩擦損失的影響等價成一層均勻分布的砂礫，雖然未直接建立葉片型面真實粗糙幾何形狀，但卻間接反映了壁面粗糙所引起的流動損失，有效避免了熱力學參數法以偏概全的缺點。等效砂礫粗糙度模型對于一般性研究具有較好的適用性，成為目前粗糙度表征的主要方式。但由于該模型僅反映了同一尺寸粗糙度均勻分布的情況，無法體現顆粒撞擊位置和沉積位置的隨機性和非均勻性對壓氣機性能的影響，因此在反映實際服役壓氣機性能定量退化準確性方面還有待進一步提高。

(a) 不同等級粗糙度結果

(b) 不同位置粗糙度結果圖1 粗糙度變化與壓氣機質量流量特性圖Fig.1 Roughness variation and compressor mass flow characteristics

張浩等[27]將某亞音速軸流壓氣機動葉壓力面和吸力面沿葉高和弦長方向等分為9個區域，且對不同區域施加等效砂礫粗糙度，如圖2所示。圖中,S1、S2、S3表示沿葉高方向的3個等分點，C1、C2、C3表示沿葉片弦長方向的3個等分點。模擬結果表明，拋光葉片前緣對壓氣機總壓比和絕熱效率有明顯提升，葉片尾緣粗糙度雖然不影響絕熱效率，但會造成總壓比減小。拋光葉展方向不同局部粗糙表面均能改善氣動性能，但對流場的影響較為復雜。

圖2 動葉表面粗糙度劃分示意圖Fig.2 Schematic diagram of roughness division of rotor blade surface

(4)

圖3 動葉表面分區域粗糙度設置Fig.3 Roughness setting of rotor blade surface by area

式中：A為葉片壁面面積；ks,i和Ai分別為不同區域的等效砂礫粗糙度和區域面積；i為不同區域的序號。

研究結果表明，不同葉片表面粗糙度形式引起內部流場結構差別較大，但壓比和絕熱效率等總體性能指標差別較小。因此，在僅分析壓氣機整體性能參數時，可采用等效均勻分布的粗糙度模型，以提高計算效率。

此外，尚東然等[29]采用等效砂礫粗糙度模型對某3.5級壓氣機性能退化情況進行了研究，認為同量級粗糙度下機匣壁面粗糙對性能影響最小，輪轂壁面粗糙次之，葉片壁面粗糙對性能影響最大。輪轂壁面粗糙會引起更大的角區分離，激波向上游移動。機匣壁面粗糙會導致葉頂泄漏流量略有增加，圓周方向上氣流堵塞范圍增大，如圖4所示。

(a) 不同位置粗糙度對壓氣機性能的影響

(b) 動葉表面三維流線及靜壓云圖圖4 表面粗糙對壓氣機性能和流動的影響Fig.4 The effect of surface roughness on compressor performance and flow

2.3 隨機粗糙度模型

由于服役環境惡劣且長期變工況運行，在顆粒沉積及沖蝕損傷作用下，壓氣機葉片流道壁面形成的粗糙度實際上并不均勻。為了模擬真實服役環境下壓氣機流道壁面粗糙狀況，有學者提出在等效砂礫粗糙度均布模型基礎上，沿葉片各坐標方向增加不同尺寸粗糙度隨機值，以實現葉片表面粗糙度的隨機分布。楊天南等[30]對葉片型面參數沿葉片流向和周向各增加1組0～10 μm的隨機數來模擬葉片表面粗糙度的隨機變化。研究表明，粗糙度增加會導致壓氣機壓比、絕熱效率和喘振裕度均減小。隨著壓氣機污染程度加重，入口壓差逐漸增大且在壓氣機性能參數中變化最明顯，可作為確定壓氣機清洗周期的依據之一。

王松等[31]通過保持葉片軸向和徑向坐標不變，并對周向坐標值增加隨機數的方法來實現壓氣機葉片表面粗糙度的隨機分布。通過數值研究發現，采用葉片表面隨機粗糙度模型和等效砂礫粗糙度模型得到的結果非常相近，兩者對壓氣機性能和流場的模擬結果如圖5所示。在模擬葉片積垢時，可根據實際情況選擇相應粗糙度模型。

(a) 壓氣機性能曲線

(b) 動葉吸力面極限流線圖5 不同粗糙度模型結果比較Fig.5 Comparison of different roughness models

相比等效砂礫粗糙度模型，隨機粗糙度模型表征方式更貼近實際。盡管兩者在壓氣機整體性能參數模擬計算中差異不大，但在研究粗糙壁面附近的流動細節特征及顆粒運動行為時應將隨機粗糙度模型作為首選。

2.4 等價雷諾數修正模型

隨機粗糙度模型重點在于構建壓氣機葉片表面及型線的變化，但計算過程中模擬尺度小、數量多的微觀形貌會顯著增加前處理的工作量。通過保持光潔葉片幾何不變并將粗糙度變化折算為氣流參數變化，可以改善這種情況。等價雷諾數修正原理就是將因葉片表面粗糙度增大導致的各類流動及性能損失換算為對應光潔葉片表面進口氣流雷諾數的變化，通過等價計算所得雷諾數來求解葉片在表面粗糙度增大情況下的輸出參數。

等價雷諾數求解步驟為：先給定壓氣機葉片進口氣流雷諾數Re及光潔葉片粗糙度ks-clean，依據Haaland[32]公式(式(5))計算出光潔摩擦因數λclean；在給定進口氣流雷諾數的條件下通過式(6)計算出積垢葉片粗糙度ks-fouled增大后的摩擦因數λfouled；通過式(7)反推光潔葉片的進口等價雷諾數Reeq。

(5)

(6)

(7)

式中：c為壓氣機葉片弦長。

基于等價雷諾數修正原理，李東等[33]的研究結果表明，葉片粗糙度增大，流場中總溫升高的同時，壓比、絕熱效率和軸向力減小，導致壓氣機部件總體性能退化。

等價雷諾數修正模型與熱力學參數表征法的出發點和研究思路基本一致，均將壁面粗糙效應體現為流動參數和性能參數的變化，減少了壁面幾何處理的工作量。不同之處在于，等價雷諾數修正模型通過引入雷諾數，充分考慮了流體屬性和流動狀態對壓氣機氣動性能的影響，而不是僅僅局限于流量的變化。同時公式中ks考慮到等效粗糙度的概念，增加了表征模型整體的完備性，更適用于簡化流動細節而專注性能參數變化的研究。

2.5 受損葉片型線重構方法

當壓氣機入口流速、污染物顆粒粒徑及硬度較大時，顆粒沖蝕會造成葉片局部型線改變和局部凹陷。為了模擬受損葉片幾何形狀，部分學者提出了三維通用幾何參數化表征方法對葉片表面缺陷進行重構。蔣偉等[34]基于Kumar等[35]提出的Hick-Henne三維高階延拓函數翼型外形控制方法，建立了缺陷葉片的三維通用幾何參數表征方法(見式(8))，可精準控制缺陷葉片空間位置和表面形貌，如圖6所示。

(8)

0≤x≤1， 0≤y≤1

(a) m=1

(b) m=6圖6 Hick-Henne三維延拓函數形貌圖Fig.6 3D Topographies of Hick-Henne functions

研究結果表明，凸起缺陷位于吸力面1/2葉高、1/2弦長位置處的流場惡化最為嚴重。凸起結構前后流體速度變化較大，低速流體增多，使吸力面附近邊界層變厚且流動分離加劇。

Castorrini等[36]采用粒子云跟蹤方法對風機流道內的粒子輸運行為進行了模擬，結合Tabakoff沖蝕模型[37]計算葉片侵蝕厚度，調整網格節點，對損傷葉片型線進行重構。計算結果表明，大尺寸顆粒受離心力影響向機匣聚積，主要沖蝕損傷位置位于葉片吸力面側前緣和葉頂區域。與實際工作9 000 h葉片的沖蝕損傷分布相比，模擬結果對葉片葉頂區域和吸力面側前緣的沖蝕率預測值要高于實際值，如圖7所示，E為沖蝕率密度。

圖7 沖蝕率分布預測結果與實際沖蝕狀況對比Fig.7 Comparison of predicted erosion with actual erosion

隨著測量技術的進步，借助激光掃描等測繪手段進行受損葉片型線重構的方法逐漸被廣泛采用。Katarína等[38]采用激光掃描測繪方法對增壓壓氣機在含塵服役環境下受損葉片沿葉高不同截面進行掃描，通過對空間點云數據合成，得到不同服役階段下壓氣機葉片損傷型線演化過程。為了減少葉片幾何重構過程中的測繪工作量并保證幾何重構精度，Reitz等[39]通過對大量測繪數據統計分析，提出采用相關系數分析方法來建立葉型不同幾何參數間的關系，從而減少掃描測繪和建模工作量。這些研究為葉片損傷對壓氣機性能影響的分析提供了基礎數據和方法。

總結比較以上表征及計算模型發現，描述葉片顆粒沉積和沖蝕損傷的主要思路有2種，即葉片型面粗糙度的真實幾何描述和性能參數等效作用下的粗糙度描述。兩者思路均能模擬顆粒沉積和沖蝕損傷造成的壓氣機性能退化行為，不同之處在于葉片型面粗糙度的真實幾何描述能夠更加準確地捕獲局部粗糙位置附近的氣流狀態改變以及粗糙幾何對顆粒運動行為的影響，進而揭示壁面粗糙所引起的流動損傷機理，實現顆粒碰撞反彈位置的準確預測。性能參數等效作用下的粗糙度描述則簡化了葉片表面隨機微小結構的表征，相對減少了計算前處理的工作量，更加突出等效作用下壓氣機性能參數的變化，在忽略氣體真實流動特性的前提下單獨進行壓氣機性能仿真方面有著獨特優勢。同時，2種研究思路又根據型面粗糙的隨機性和準確性、測量手段的先進性以及不同性能參數等效作用等分別衍生出若干種表征及計算模型。在數值仿真時，可根據具體研究目標和條件進行選擇。

3 顆粒沉積和沖蝕損傷對壓氣機性能影響的實驗研究

盡管很多學者通過數值計算及理論分析對顆粒沉積和沖蝕損傷導致壓氣機性能退化的機制進行了大量研究，但由于壓氣機葉片流道內三維非定常流動的復雜性、湍流擴散等顆粒輸運機理還不明晰以及數值計算結果需要實驗驗證等原因，要想建立相對可靠的壓氣機性能退化預測及預警模型，開展相應的實驗研究非常必要。

Bammert等[40]在1臺三級軸流壓氣機上對葉片表面施加金剛砂粒形式的粗糙涂層，以模擬葉片表面的微觀粗糙結構。研究發現，隨著葉片表面粗糙度增大，壓氣機穩定工作范圍明顯變窄并向小流量方向移動。壓氣機流量與設計轉速下的值相比，減少了40%～50%。

Syverud等[12]在GE J85-13噴氣發動機實驗臺上，將鹽水霧滴噴入發動機進氣口進行加速劣化實驗測試，實驗裝置如圖8所示。其中,T2.1、T2.3、T2.4和T2.6分別為壓氣機第1、3、4、6級處溫度；T3為壓氣機排氣溫度；ps2.5為壓氣機第5級處靜壓；ps3為壓氣機排氣靜壓；CIT表示壓氣機進口總溫；CIPt表示壓氣機進口總壓；CIPs表示壓氣機進口靜壓；EGT代表發動機排氣溫度；R.H.代表工質相對濕度；Tamb代表環境溫度。

(a) GE J85-13噴氣發動機實驗裝置

(b) 鹽霧攝取系統圖8 GE J85-13噴氣發動機性能退化實驗系統Fig.8 GE J85-13 engine performance degradation test system

在壓氣機進口測量總溫、總壓和靜壓，壓氣機流道內測量總溫和靜壓。結果發現，鹽霧沉積后壓氣機特性線向小壓比和小流量方向移動，排氣溫度升高9%，等熵效率下降3%。Tabakoff等[37]對單級軸流壓氣機進行了吞沙實驗研究，發現轉子葉片前緣明顯鈍化、后緣變尖、葉片弦長減小，在壓氣機質量流量為1.732 kg/s時，最大絕熱效率僅為正常運行時的80%。

葉片表面鋪設粗糙涂層和加速沉積實驗是目前模擬沖蝕損傷和粗糙度變化的主流實驗方法。其中鋪設粗糙涂層可根據實驗設計靈活調整粗糙度等級和形式，得出不同粗糙度下的壓氣機性能衰退特性，方法更簡單易行，但容易引入葉片厚度變化等誤差因素。因此，為了區分葉片厚度和粗糙度對壓氣機性能退化的影響，Suder等[41]對葉片表面分別施加光滑涂層與粗糙涂層進行對比實驗。實驗結果表明，粗糙涂層導致的性能退化量約為光滑涂層的1倍。

我國學者對實驗研究方法也進行過積極探索，并提出部分有價值的研究結論。高磊等[42]在低速平面葉柵風洞實驗臺上，通過在葉片表面粘貼不同標號乳膠砂紙，研究葉片厚度和粗糙度對葉柵損失特性的影響。采用探針和壓力掃描閥測量葉柵進、出口氣流參數。研究發現，對設置整體粗糙度的葉片而言，當來流Re較高時，同一攻角下總壓損失隨粗糙度增大而增大；當來流Re較低時，在零攻角和大的正攻角條件下，葉片表面合適的粗糙度可以降低損失，如圖9所示。其中，總壓損失系數ξ定義如下：

(9)

式中：p01和p1分別為進口總壓和進口靜壓;p0為出口測量位置處的質量加權平均總壓。

從圖9結果可知，葉片粗糙度帶來的不完全是負面損失，在合適的來流條件下，局部適當粗糙還可以起到改善流動、減小損失的作用。

(a) 粗糙度量級對總壓損失系數的影響

(b) 不同雷諾數和攻角下粗糙度對總壓損失系數的影響圖9 葉柵總壓損失系數隨粗糙度和來流條件的變化Fig.9 Variations of cascade total pressure loss with roughness and flow conditions

曹磊[43]通過實驗和數值模擬相結合的方法對壓氣機性能退化特性進行了研究。研究中將實驗測量換算后的壁面粗糙程度轉換為壁面函數，將由腐蝕造成的葉片失重量折合成葉頂的磨損損失，從而模擬預測葉頂間隙增大對壓氣機氣動特性和總體性能的影響。由于數值計算模型與實際損傷葉片形狀不一致，所得結論可以作為參考，但實驗和數值模擬相結合的思路值得借鑒。

總結上述實驗研究發現，基本上所有實驗均以研究顆粒沉積和沖蝕損傷與壓氣機性能退化之間定量關系為目的，而對顆粒沉積和沖蝕損傷導致的壓氣機流場改變及演化過程的流場可視化研究則非常缺乏。另外，由于實驗研究成本高、投入大、周期長，因此研究文獻數量也相對較少。但探索顆粒沉積和沖蝕損傷與流場間的相互作用機制以及由此導致的壓氣機性能退化機理還需要通過實驗研究方法從根本上解決。

4 結 論

顆粒沉積和沖蝕損傷造成的壓氣機性能退化問題還需要在以下幾方面深入開展：

(1) 重點開展軸流壓氣機流道非定常流場細節與微細顆粒運動行為之間相互作用機制的研究，探索壓氣機流道顆粒沉積和沖蝕損傷及其引發的性能退化隨服役時間的演化特性。

(2) 應充分考慮到顆粒沉積或沖蝕位置的非均勻性，利用參數化建模方法進行受損葉片型線的幾何重構，精準控制葉片表面沖蝕位置與尺度，提高壓氣機性能退化數值模擬計算的靈活性和準確性。

(3) 開展壓氣機流道顆粒沉積和沖蝕損傷流場的可視化實驗研究，進一步揭示顆粒沉積和沖蝕損傷導致的壓氣機性能退化機理，建立顆粒沉積和沖蝕損傷與壓氣機性能退化的定量關系，為壓氣機服役性能預測和安全預警提供技術依據。