机匣处理作为一种简单而有效的失速被动控制技术,在提高压气机稳定裕度的应用越来越广泛,可以说,机匣处理是当前叶轮机械领域应用最为广泛的扩稳技术之一。然而,多年来设计机匣处理方式主要靠经验,缺少统一的准则。本文根据一跨音速压气机转子,首先采用三维定常/非定常数值模拟,重点关注叶顶流场,分析了跨音速转子失速的诱发因素。对于本文跨音速转子,不同转速下压气机内部流动失速机制不同,在设计转速下,转子处于跨音速流动,由于间隙泄漏涡破裂所导致的堆积在叶片通道压力面前缘的阻塞将叶片通道激波推出叶顶前缘是触发压气机内部流动失稳的主要机制;而在非设计转速下,转子内部流动处于亚音速,由间隙泄漏涡造成的堵塞和较大来流攻角导致的叶顶吸力面附近大面积流动分离共同作用引起压气机流动失速,而吸力面分离占主要作用。在分析压气机转子的失速机理基础上采用周向槽和轴向槽两种机匣处理方式进行扩稳处理,并探讨不同机匣处理结构对跨音速压气机不同转速下的扩稳效果和对失速的影响。周向槽的加入能提高不同转速下的稳定裕度,对叶顶流场的的影响主要有三方面:改变泄漏涡的轨迹,使之更偏向于吸力面,改善轴向的通流能力;由于轴向槽的穴效应能直接抽吸掉低能流体;抑制尾缘吸力面分离。通过对宽槽与窄槽的研究发现,窄而密的周向槽更能有效引导间隙泄漏流沿周向运动,相同处理面积下窄而多的处理槽比宽而少的周向槽更有利于扩稳。轴向槽的作用机理与周向槽不同,处理槽的尾缘正好位于泄漏涡造成堵塞的位置,有利于压气机的稳定性。对比轴向斜槽与折线倾斜槽,折线倾斜槽对压气机更能有效扩稳,而且对效率的影响更小。这主要是由于折线倾斜槽更顺应气流的方向,气流的进气与喷射面积大,进气更均匀,喷射速度更小,气流在槽内的循环更好,对稳定裕度的提高大,且对效率影响小。对于跨音速转子,在不同转速下,轴向槽能提高稳定裕度的原因都是由于处理槽抑制的泄漏涡的发展,减小了堵塞。