通道涡的形成

图1

在图1（左）中表示端壁附面层在无叶端间隙的二元叶栅中的偏转。这偏是由加在低动量的附面层流体上的主流静压梯度所造成。用以显示出流型的烟气是在壁上通过探针引入的。附面层流线横过槽道的一个下游视图(图1（右）)表明：当流线接近吸力面时，它向叶高方向偏转，于是卷成涡型流动(插图示意地表明整个流线流型)。探针测视表明，壁附面层中所有的流线几乎都聚集到同一区域，并卷成气流涡(图2(a))。涡流形成的模型是这样的：当引入烟气的位置移向吸力面一边时，沿着端壁的流线当它们接近聚集区时，显示出向叶高增大的方向偏转，在聚集区它们卷成涡的中心部分，正如图2(b)示意地表明的那样。

图2

这二次流旋涡称为“通道涡”，以便于强调这是通道壁的涡而不是由于沿叶片环量变化所形成的叶片后缘旋涡。通道涡的大小和涡流强度是随着主流偏转的增大而增大。当偏转足够大时(图3（左）)，涡的最外层可能是来自压力面上的附面层气流，它偏折到端面壁上，并一直横越槽道直到它到达吸力面。

在低的空气速度下可用烟气时，对其他叶型，包括NACA65-(12)10叶片，也观察到通道涡的形成。在较高的马赫数下，用硫化氢在白色铅漆涂层上显示出的表面迹象，表明横越槽道的偏移流型保持不变。

图3

应该注意，附面层流动的横越槽道的分量可以作为“双层”附面层来看待(图3（右）)。在壁面处，垂直于主流的附面层流动分量的速度必然等于零，它升高到某一最大值后，于是在主流中又重新下降到零。这个横越槽道附面层的外层卷起来形成了通道涡。紧靠壁面的“副层”，其涡流强度与外层的涡流强度符号相反，而当这“副层”卷起时产生与通道涡方向相反的旋涡。在这些试验条件下，由于这副层涡流强度扩散很快，使得这部分附面层涡流强度很快消失。

通道涡形态和影响

图4

通道涡一旦形成之后，它趋向于保持其方向，而当它向下游前进时并不随着主流偏转。图4表示在前后串列的叶栅中，在上游叶栅中形成的旋涡怎样在下游叶栅中抗拒偏转。试验观察员可看到通道涡在下游叶栅的压力面上跳开，并在这碰撞区域内引起气流分离。这现象曾在减速叶栅中观察到，同样也在加速叶栅中观察到。

这样，低能量物质在叶轮机槽道的吸力面附近累积，这就引起气流扰动和损失，并导致气流角偏离和后面叶片排中不利的攻角。此外，涡流的作用是：当它流向下游时，使得它所撞击的叶片表面上的气流扰动，并在那里导致附加损失。这种作用可以说明各种因二次流而引起的大部分损失。涡流形态的这种混合影响，同样也说明与设计方法中所假设的简化附面层形态的性质有很大的偏差。