高壓渦輪葉頂間隙氣動及傳熱研究.pdf

1、燃?xì)廨啓C在航空、航海、電力、石油等能源應(yīng)用領(lǐng)域起著關(guān)鍵作用，渦輪作為高速旋轉(zhuǎn)核心部件之一，其性能直接影響到燃?xì)廨啓C的整體性能。高壓渦輪動葉與靜止機匣之間間隙的存在，不僅導(dǎo)致渦輪氣動性能下降，且使得葉頂全部處于高溫燃?xì)庵?，容易造成葉頂區(qū)域燒蝕及磨損。對動葉葉頂進行有效防護能減少泄漏損失，降低葉頂表面溫度，提高動葉使用壽命。本文從凹槽間隙二維模型開始，分析間隙內(nèi)部的流動換熱情況，并展開平面葉柵間隙實驗研究，從氣動方面探討間隙泄漏流動控制方法

2、，采用數(shù)值模擬對三維動葉的流動及傳熱進行詳細(xì)的研究。
　　本文首先構(gòu)建凹槽間隙二維模型，研究凹槽間隙尺寸、凹槽高度、寬度、間隙進出口壓比對間隙內(nèi)部的流動情況、損失、泄漏流量進行分析；分析凹槽上壁面運動對內(nèi)部流動的影響；在上壁面運動條件下在凹槽內(nèi)部展開氣膜冷卻，研究吹風(fēng)比、冷氣孔相對位置及冷氣孔角度對壁面Nu數(shù)的影響。結(jié)果表明間隙尺寸越小、凹槽寬度和高度越大、壓比越大，間隙內(nèi)部損失越大，相應(yīng)的泄漏流量越?。槐诿孢\動使得凹槽間隙內(nèi)部損

3、失增大，泄漏流量降低；冷氣孔相對位置位于泄漏流沖擊凹槽底面位置上游時，氣膜冷卻能夠有效降低壁面Nu數(shù)。
　　對肋條葉頂及葉頂噴氣對平面葉柵間隙泄漏流動影響展開實驗研究，探討葉頂肋條結(jié)構(gòu)及噴氣位置對泄漏流動控制效果，并通過數(shù)值計算對泄漏流量分布進行討論。結(jié)果表明肋條葉頂局部位置開口會導(dǎo)致泄漏流量增加，葉頂噴氣位置距壓力邊越近，對通道渦的影響越大，小間隙下肋條葉頂、噴氣能夠降低葉柵出口總損失，實現(xiàn)對泄漏流動的控制，在大間隙下無法實現(xiàn)對

4、泄漏流動的有效控制。
　　對動葉進行數(shù)值計算分析了葉頂結(jié)構(gòu)及氣膜冷卻對氣動及傳熱的影響。對5種間隙尺寸的肋條高度研究表明，肋條高度增加會導(dǎo)致動葉損失先減小后增加，且間隙越大，葉頂凹槽對泄漏流動控制效果越顯著。凹槽起始、結(jié)束位置距前、尾緣越小，動葉氣動損失越小。葉頂肋條尾緣開口方式中，損失隨壓力側(cè)開口增大先減小后增加，吸力側(cè)開口增大使得損失持續(xù)下降。平面葉頂氣膜冷卻能夠有效降低冷氣孔下游葉頂溫度，對上游及前緣位置基本無作用效果。凹槽