高压涡轮是燃气轮机的核心热端部件，其气动效率、热负荷管理及结构完整性直接决定了整机的响应速度与服役寿命。随着现代航空发动机朝着高压比、高负荷、轻量化演进，高压涡轮内部流动面临跨音速激波干涉、转静子非定常相互作用、多物理场耦合等一系列极端复杂工况挑战。

传统RANS简化模型、单通道稳态仿真难以捕捉高压涡轮内部非定常流动特征，曾在大量工程实践中高估叶片热负荷；动静交界面传递误差逐级累积，也易造成下游流场失真。

本案例基于DIMAXER高阶仿真云平台，针对高负荷设计的MT1全尺寸跨音速高压涡轮，开展了近14亿网格点的全环整周非定常高精度仿真，还原常规设计中难以观察到的物理现象，捕捉内部流场细节。

01 MT1跨音速高压涡轮模型

本次仿真选用牛津大学公开MT1全尺寸跨音速高压涡轮，是国际公认的权威仿真验证基准：

• 无量纲参数高度对标真实发动机：马赫数、雷诺数、温比等关键指标可完全匹配真实航空发动机运行工况；

• 高负荷跨音速构型贴合当下军民航发主流设计，可捕捉常规机型难以观测的极端流动现象，试验数据完备可靠。

02 计算部署

实验工况复刻 异构并行求解：

计算边界严格复现MT1标准实验工况：进口总温444K、总压460kPa，出口静压148.2kPa，动叶转速9500r/min。

• 全计算域选用四阶精度可压缩离散格式，DIMAXER高阶通量重构算法实现动静交界面无损耗数据传递；

• 全部算例部署于DIMAXER云端仿真平台，近14亿网格点，单节点8卡GPU异构并行计算，单圈完整旋转周期的计算耗时仅1.5天。

注：Ansys Frontier 超算案例暂无公开计算结果供参考，公开数据来源：https://investors.ansys.com/news-releases/news-release-details/ansys-baker-hughes-and-oak-ridge-national-laboratory-set-new?sessionid=

03 全环整周高精度流场结果

DIMAXER将MT1高压涡轮计算网格进行四阶精度重构，显著提升计算精度，可清晰捕捉复杂涡系结构与跨音速流动细节。

动静交界面处的高精度守恒信息传递技术，有效降低非物理数值耗散，保证了非定常计算的收敛性与交界面两侧物理量的一致性，实现误差不随计算级数累积，彻底解决了多级叶轮机械中动静交界面误差逐级叠加、末级精度失真的行业痛点。

1 动态流场结果

沿叶高30%截面压力、温度动态演变特性

沿叶高50%截面温度、马赫数动态演变特性

B2B截面流场动态结果显示，转子前缘的流动实现亚声速到超声速的加速，分布与实际相符；同时，动叶叶顶间隙处可清晰观测到叶顶泄漏流形成的局部高速射流。

与传统稳态结果相比，DIMAXER计算的流场呈现了更多流动细节，如涡系的发展范围，尾迹传递等信息。

叶片表面温度及静压变化

叶尖区域，激波-边界层相互作用增强了近壁区的湍流热扩散，使得高温燃气向叶尖表面的热量传递加剧，叶尖表面温度显著较高。

涡结构动态演化过程

通过涡量图（Q准则），DIMAXER清晰呈现了转静子干涉下涡量场的空间分布与时间演化，为损失机理认知与尾迹掺混分析提供了直观证据。

2 实验数据验证

DIMAXER计算的导叶叶片表面等熵马赫数的变化趋势与实验大部分区域吻合良好。在吸力面后部，DIMAXER精准复现了非定常激波冲击流场的动态特征，该区域仿真数据与实验数据吻合更好。

导叶叶片50%截面等熵马赫数分布与实验对比

涡轮出口总压、马赫数径向分布（计算结果为非定常模拟的时间平均值）显示，在70%叶高以上的叶尖区域，马赫数曲线出现显著突变，直观反映叶尖泄漏流与泄漏涡的流场特征，DIMAXER仿真可精准复现该类精细流动结构。

MT1跨音速高压涡轮全环整周非定常仿真案例，验证了秩益DIMAXER对跨音速涡轮时空四维精细物理场的高精度仿真能力。丰富的非定常细节在结果参数上与实验值的高度吻合，展现了DIMAXER高阶仿真的工程实用价值。

针对高压涡轮全环非定常仿真，DIMAXER拥有高效精准的全链路解决方案，可依托大量高品质仿真数据夯实数字底座，加速推进叶轮机械研发从“经验试错”向数字孪生驱动的正向数字化设计跨越。

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