帶翼型圍帶渦輪葉柵氣動(dòng)性能數(shù)值與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、燃?xì)廨啓C(jī)作為一種能源轉(zhuǎn)換和傳遞裝置，已經(jīng)在各行業(yè)重要工業(yè)部門得到應(yīng)用。在其核心部件渦輪中，葉頂間隙泄漏流動(dòng)會(huì)帶來(lái)兩方面的影響:一是減少了流經(jīng)葉片通道做功氣體的流量，使渦輪輸出功降低;二是泄漏流體在間隙內(nèi)發(fā)生摻混及離開間隙后與主流相互作用會(huì)惡化渦輪葉柵的氣動(dòng)性能。因此，控制渦輪葉頂間隙泄漏流動(dòng)是改善渦輪葉柵流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、減少氣動(dòng)損失、提高渦輪機(jī)整體效率的有效手段。
　　本文在現(xiàn)有控制間隙泄漏的葉頂結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型葉頂結(jié)構(gòu)-翼型圍

2、帶。以此翼型圍帶為主要研究對(duì)象，開展了多組風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真研究工作。對(duì)平面渦輪葉柵進(jìn)行風(fēng)洞吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了柵后截面的氣動(dòng)參數(shù)以及葉表靜壓分布。利用數(shù)值模擬方法詳細(xì)分析了葉柵內(nèi)渦系結(jié)構(gòu)變化及損失分布。
　　本文首先采用數(shù)值方法開展了帶四種不同寬度全周小翼的渦輪葉柵氣動(dòng)性能對(duì)比研究，結(jié)果表明:隨著寬度的增加，由各漩渦引起的損失均有所降低。增加寬度對(duì)葉柵氣動(dòng)性能的改善效果不顯著。綜合考慮流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和小翼幾何結(jié)構(gòu)特征，確定了最佳寬度。

3、r>　　在上述優(yōu)選小翼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三種具有不同軸向位置部分圍帶的翼型圍帶，并數(shù)值對(duì)比研究了三者的氣動(dòng)性能。結(jié)果表明:相比于其它兩種翼型圍帶，部分圍帶位于0.5Cax處的翼型圍帶明顯的抑制了泄漏渦的生成與發(fā)展，從而顯著降低了葉柵內(nèi)氣動(dòng)損失和跨葉頂泄漏量，因此確定其為最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
　　其次采用數(shù)值與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法詳細(xì)分析了上述最優(yōu)結(jié)構(gòu)對(duì)葉柵氣動(dòng)性能的影響及其變沖角特性。結(jié)果表明:相比于全周小翼，翼型圍帶抑制了上通道渦和葉頂分離

4、泡的形成，降低了上通道渦和尾緣渦的強(qiáng)度，降低了跨葉頂泄漏量，進(jìn)而降低了泄漏渦的強(qiáng)度;在實(shí)驗(yàn)研究的沖角范圍內(nèi)，上通道渦和上尾緣渦的強(qiáng)度隨沖角的增大而增強(qiáng)，泄漏渦對(duì)沖角的變化不敏感，總體損失隨著沖角的減小而降低，適當(dāng)負(fù)沖角可降低氣動(dòng)損失;當(dāng)沖角小于一定值時(shí)，氣動(dòng)損失反而增加。
　　然后開展了翼型圍帶寬度對(duì)葉柵性能影響的實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬工作。結(jié)果表明:翼型圍帶寬度的增加對(duì)葉柵內(nèi)各渦系結(jié)構(gòu)影響不大，寬度的增加對(duì)葉柵氣動(dòng)性能有一定積極作用，