本文以方案中烘干窯風(fēng)機(jī)的定子葉片為例進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了S1流面葉型，烘干窯風(fēng)機(jī)采用三維葉片技術(shù)改善了定子葉柵內(nèi)的流動。通過三維數(shù)值模擬，對S2流面設(shè)計(jì)中的損失和滯后角模型進(jìn)行了標(biāo)定，為葉片三維建模提供了依據(jù)。通過與初步三維設(shè)計(jì)結(jié)果的比較，兩種設(shè)計(jì)方案的氣動參數(shù)徑向分布一致，證實(shí)了烘干窯風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中S2流面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。由于葉尖泄漏流的存在，葉尖壓力比與氣流角（圖中灰色虛擬線圈所示的面積）之間存在一定的偏差，但通過三維CFD的修正，s2的設(shè)計(jì)趨勢預(yù)測了葉尖泄漏流對氣動參數(shù)徑向分布的影響；bec在高負(fù)荷下，定子根部出現(xiàn)了氣流分離現(xiàn)象，導(dǎo)致了出口氣流角和S2設(shè)置的初步三維設(shè)計(jì)。預(yù)測結(jié)果略有不同（圖中橙色虛線圈所示的區(qū)域）。烘干窯風(fēng)機(jī)利用一條非均勻有理B-sline曲線來描述由四個控制點(diǎn)（紅點(diǎn)）控制的曲線，包括前緣點(diǎn)和后緣點(diǎn)。葉片體由四條非均勻曲面、兩個吸力面和兩個壓力面組成，同時與較大切圓（灰圓）和前緣后緣橢圓弧相切。利用MIT MISES程序?qū)1型拖纜葉片進(jìn)行了流場分析。采用B-L（Baldwin-Lomax）湍流模型和AGS（Abu-Ghamman-Shaw）旁路過渡模型描述了過渡過程。烘干窯風(fēng)機(jī)初步設(shè)計(jì)完成后，本文的氣動設(shè)計(jì)流程在初步設(shè)計(jì)中進(jìn)一步優(yōu)化了S1流面上葉片和葉片的三維疊加，從而完成了詳細(xì)的氣動設(shè)計(jì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

烘干窯風(fēng)機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中，葉片型線的優(yōu)化可能面臨一個問題。不同葉片高度的不同進(jìn)水條件導(dǎo)致葉片型線優(yōu)化結(jié)果差異過大，難以對葉片型線進(jìn)行過度優(yōu)化。為此，本文提出了多截面輪廓協(xié)同優(yōu)化的方法，建立了輪廓幾何與輪廓目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系，使得到的輪廓滿足三維實(shí)際要求。在優(yōu)化過程中，增加了葉片型線的幾何分析和設(shè)計(jì)點(diǎn)氣流角的調(diào)整模塊，以保證獲得的葉片型線能達(dá)到與原型相同的氣流轉(zhuǎn)向能力。同時，烘干窯風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)的氣動性能滿足一定要求，否則，可以以罰函數(shù)的形式盡快完成葉型的氣動分析，提高優(yōu)化過程的快速性。在確定優(yōu)化目標(biāo)時，綜合考慮了設(shè)計(jì)點(diǎn)的性能和非設(shè)計(jì)條件，烘干窯風(fēng)機(jī)對有效范圍內(nèi)的剖面性能進(jìn)行了研究。目標(biāo)函數(shù)括號中的項(xiàng)為設(shè)計(jì)點(diǎn)損失，第二項(xiàng)為有效流入流角范圍，邊界為設(shè)計(jì)點(diǎn)損失的1.5倍，第三項(xiàng)為失速裕度，第四項(xiàng)為有效流入流角范圍內(nèi)的平均損失，第五項(xiàng)為平均損失差的方差。有效流入角范圍內(nèi)的分布。分子是分析葉片外形的氣動性能，分母是原型參考值。烘干窯風(fēng)機(jī)利用加權(quán)因子w對截面之間的關(guān)系進(jìn)行加權(quán)，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)，得到損失小、失速裕度高的多截面S1剖面。隨著反應(yīng)性的增加，動葉擴(kuò)壓系數(shù)增大，靜葉擴(kuò)壓系數(shù)隨反應(yīng)性的減小而增大。各參數(shù)的權(quán)重和各截面的權(quán)重系數(shù)決定了優(yōu)化目標(biāo)是集中于中間截面的性能，以及中間截面的損失和末端截面的失速裕度。

本文列舉了烘干窯風(fēng)機(jī)靜音扇葉，說明了S1流面優(yōu)化設(shè)計(jì)在風(fēng)機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中的作用。根系頂部三個橫截面的流入條件不同，如表3所示。根部設(shè)計(jì)點(diǎn)的進(jìn)口氣流角較大，烘干窯風(fēng)機(jī)工作范圍不同于其它兩段。由于轉(zhuǎn)子葉片泄漏流的影響，頂部馬赫數(shù)較小，工作范圍較大。采用多島遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，種群44，孤島7，代數(shù)7。三個截面共優(yōu)化了22個葉片型線參數(shù)，包括較大厚度位置、安裝角度、中弧控制點(diǎn)、吸入面控制點(diǎn)等。當(dāng)優(yōu)化后的葉片型線三維疊加時，烘干窯風(fēng)機(jī)葉片上半部分略微向后彎曲，可能導(dǎo)致優(yōu)化后的定子葉片損失增加。將優(yōu)化后的靜葉恢復(fù)到級環(huán)境中，得到了三維數(shù)值模擬結(jié)果。在設(shè)計(jì)點(diǎn)流量下，靜葉吸力面邊界層變薄，堵塞面積減小。計(jì)算了級間環(huán)境下兩葉型風(fēng)機(jī)特性線和兩定子葉片變攻角特性線。從圖17可以看出，定子葉片損失減小，裕度增大，這與不同截面的S1流面性能分析結(jié)果相似。但由于烘干窯風(fēng)機(jī)氣流角的匹配問題，級效率沒有明顯提高，之間失速裕度由27.1%提高到34.9%。泄漏流與主流相互作用形成的泄漏渦將影響渦輪機(jī)械的內(nèi)部流場和氣動性能，尤其是效率、烘干窯風(fēng)機(jī)噪聲和穩(wěn)定的工作范圍。針對葉片高度方向的不均勻進(jìn)口流動情況，在詳細(xì)設(shè)計(jì)中采用了端部彎曲技術(shù)來匹配定、轉(zhuǎn)子葉片之間的流動角。

烘干窯風(fēng)機(jī)在0.05<r<0.4的范圍內(nèi)，a的變化很小。當(dāng)0.4<r<0.85時，_a逐漸增大，在85%葉高時達(dá)到較大值，說明該區(qū)域具有更大的機(jī)械能和更強(qiáng)的循環(huán)能力。與均勻間隙相比，方案2和方案6的葉尖間隙形狀在0<r<0.5時基本保持不變，說明葉尖間隙形狀的變化對葉片底部到中部沒有影響，但在方案2下，烘干窯風(fēng)機(jī)葉尖間隙高于均勻間隙，而葉片TiP間隙小于均勻間隙。這是由于葉尖渦度強(qiáng)度增大，泄漏流減弱，葉片前緣渦度明顯增大和減小。減輕了主流與泄漏流的相互作用，削弱了泄漏渦的強(qiáng)度，增強(qiáng)了葉片中上部的流動能力，增加了獲得的能量。在方案6中，在0.5<r<0.85的范圍內(nèi)，均勻間隙也略有增大，但接近較大的速度明顯減小。這是由于葉尖渦度強(qiáng)度隨間隙的均勻變化而略有變化，對泄漏流影響不大，而葉尖前緣渦度強(qiáng)度顯著增大，導(dǎo)致葉尖a減小，總流量減小，能量降低，從而提高了風(fēng)機(jī)效率。ENcy略有下降。根據(jù)以往對烘干窯風(fēng)機(jī)亞音速定子葉片的研究，前緣彎曲用于匹配迎角[20]，根部彎曲高度為20%，端部彎曲角度為20，頂部彎曲高度為30%，端部彎曲角度為40，如圖18左側(cè)所示。也就是說，為了更直觀地反映烘干窯風(fēng)機(jī)葉頂間隙形狀變化對葉頂附近速度場的影響，90%葉片高度截面的軸向速度分布如圖7所示。