刘颖超，陈 榴，戴 韧，杨其国

(上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093)

大功率凝汽式汽轮机排汽压力低，低压末级在高蒸汽比容和速度下工作。百万千瓦级汽轮机的末级全速钢制叶片长度已达1 300 mm，叶片顶部圆周速度约600 m/s。如果轴向绝对出口马赫数接近1，则动叶顶部截面叶型相对出口马赫数可达1.7左右[1]。末级动叶的气动设计是个难题，末级的低轮毂比和超长叶片导致末级从叶根到叶顶的流动速度、角度和叶型变化剧烈，尤其是叶片顶部截面叶型在满足跨音速流动气动设计时，还必须满足严苛的许可应力要求。

跨音速叶栅流动中不仅有激波和膨胀波，还有波系之间的相互作用，激波与边界层之间相互干涉，流动复杂而难以准确计算叶栅出流参数。早期计算方法是二元特征线法，其通过假设两相邻叶片喉部处音速线是一条直线来求解涡轮叶栅跨音速流动。Deich[2]通过分析得出特征线法在叶栅出口马赫数低于1.4、低节弦比和薄直背叶型的叶栅流动中相当准确。而对于高节弦比、高反动度的叶栅顶部薄叶型，Forster[3]的实验结果说明叶栅喉部的直线音速线假设已不成立，计算方法失效。

叶栅跨音速流动的实验测量也十分困难。平面叶栅实验中，叶片尾缘的激波在叶栅两侧自由流边界反射，形成“反射激波”，影响叶栅出口流动参数,在大安装角和叶片间距大的叶栅中很容易发生这种现象。另一方面，在超音速气流中，气动探针难以精确测量当地总压，采用纹影法可以获得激波形态，但是不能量化评定叶栅效率[4]。……