蜂窩葉頂對高負(fù)荷渦輪葉柵頂部泄漏流動影響機(jī)制研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、面對現(xiàn)代航空動力技術(shù)高推重比和低耗油率的發(fā)展需求,增加渦輪氣動負(fù)荷,減少渦輪級數(shù)是燃?xì)鉁u輪的一大發(fā)展趨勢。通過提高單個葉片的氣動負(fù)荷達(dá)到減少渦輪級葉片數(shù)目的的高負(fù)荷渦輪葉片設(shè)計(jì)被廣泛研究和應(yīng)用。高負(fù)荷渦輪的出現(xiàn)隨之帶來了全新的問題:葉片負(fù)荷增加導(dǎo)致葉柵通道內(nèi)的橫向壓力梯度增大,流體在葉片兩側(cè)壓差作用下不可避免地形成間隙泄漏流動,并產(chǎn)生各種復(fù)雜渦系,造成葉尖區(qū)域流動復(fù)雜,增大渦輪葉尖附近的氣動損失。因此,深入開展渦輪徑向間隙泄漏流動及其抑

2、制措施方面的研究對現(xiàn)代先進(jìn)航空渦輪發(fā)動機(jī)整體性能及其經(jīng)濟(jì)性的提高具有重要意義。
  可磨耗性蜂窩密封具有優(yōu)良的封嚴(yán)特性,是典型的葉輪機(jī)械葉頂間隙密封結(jié)構(gòu)。本文提出一種將蜂窩密封直接布置在渦輪葉頂?shù)囊种菩孤┝鲃有路桨?,并以某高?fù)荷渦輪葉柵為研究對象,建立蜂窩葉頂結(jié)構(gòu)物理模型。采用數(shù)值方法對比研究了有/無蜂窩葉頂結(jié)構(gòu)對渦輪葉柵葉尖間隙流場結(jié)構(gòu)和間隙流動損失產(chǎn)生機(jī)理的影響機(jī)制,分析了不同相對間隙高度和來流沖角條件對間隙泄漏流動的影響,對

3、蜂窩葉頂在降低間隙泄漏量及泄漏相關(guān)損失、提高渦輪效率等方面的效果進(jìn)行了探討,以期為進(jìn)一步研究間隙流動的控制方法提供參考依據(jù)。
  通過對有/無蜂窩葉頂渦輪葉柵間隙流場特性及其影響因素的對比研究,結(jié)果表明,采用蜂窩葉頂設(shè)計(jì),間隙流體流入蜂窩腔,形成旋渦運(yùn)動,對間隙流體動能具有耗散作用,反沖氣流在間隙內(nèi)形成類似于“氣動?xùn)艡凇钡膹较蛏淞鳎黾恿鲃幼枇?,進(jìn)而有效減小泄漏流量。與平頂葉柵相比,1%葉高相同間隙高度下蜂窩葉頂葉柵相對泄漏量降低

4、了約10%,流出間隙的泄漏流周向速度減小了20%左右。蜂窩葉頂葉柵中泄漏渦的形成和發(fā)展被削弱,導(dǎo)致泄漏渦與主流、尾跡等的摻混損失減小,對葉柵損失的降低有積極的作用,其出口能量損失系數(shù)較平頂葉柵減小了約4%。間隙高度的增加直接帶來了間隙流量的增大,使得間隙泄漏流動增強(qiáng),泄漏損失增加,考慮蜂窩可磨耗性,蜂窩葉頂葉柵可以進(jìn)一步減小間隙高度,對泄漏流動的抑制有顯著的效果。此外,來流沖角的變化會影響渦輪葉柵間隙泄漏流場及旋渦結(jié)構(gòu),使得葉頂泄漏渦和

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