涡轮级动叶叶顶间隙泄漏控制研究

发布时间：2017-10-26 00:22

  本文关键词：涡轮级动叶叶顶间隙泄漏控制研究

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【摘要】：随着经济的发展,燃气轮机已经应用于国民经济的诸多领域。燃气轮机在航空领域的应用占有绝对优势,早在20世纪50年代就基本取代了活塞式发动机作为飞机推进动力,使飞机性能得到了很大提高。燃气轮机中涡轮作为三大部件之一,一般工作在高温、高压的气动环境下,而且燃气涡轮内部的强压力梯度和温度梯度以及涡轮转子的高转速,这使涡轮内部流动非常复杂,存在各种形式的二次流流动,如叶顶间隙泄漏流动、通道涡等,并且这些流动结构之间存在非常强的相互作用。叶顶泄漏的控制对提高涡轮效率有着深远影响,因此这一问题的研究有着很大意义。本文将针对"LISA" 1.5级涡轮对叶顶泄漏问题展开研究,通过CFD方法研究涡轮叶栅流场内的流动情况,分析了其中的流场结构以及其中的损失机理。研究发现间隙泄漏涡自前缘产生,50%轴向弦长以后的泄漏流对泄漏损失影响较大。流道内的旋涡结构对下游叶栅流场有较大影响。为控制叶顶间隙泄漏,在原有叶型的基础上加装全围带以及翼型围带,分析翼型围带相比于全围带与无围带对叶顶间隙及叶栅通道内流动损失的影响。研究表明,翼型围带可使叶栅出口的总压损失降低0.8%。其次研究了叶顶喷气这一主动控制叶顶泄漏流动的方法。研究在不同喷气量下叶顶泄漏流动情况以及损失机理。叶顶垂直喷气对叶顶泄漏有着一定的抑制作用,喷气量越大,对泄漏流的抑制作用越明显。由于叶片转动时,叶片同机匣之间存在相对运动,且带来离心力和科氏力,这会对间隙泄漏流动以及流场发展产生很大的影响。因此本文最后重点研究了旋转效应对涡轮流场的影响。通过单列平顶和翼型围带叶顶动叶栅分析了叶片转动与机匣相对运动对叶栅流场的影响。研究表明叶片转动和机匣相对运动均可抑制泄漏涡的发展。
【关键词】：1.5级 涡轮叶栅 翼型围带 叶顶喷气 旋转效应
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK473
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题所属研究领域9
• 1.2 课题的理论意义和应用价值9-10
• 1.3 叶顶泄漏流动10-11
• 1.4 涡轮叶栅旋涡结构11-12
• 1.5 间隙泄漏流动与损失机理12-13
• 1.6 国内外研究现状及发展动态分析13-15
• 1.7. 本文研究内容15-16
• 第2章 模型建立与数值计算方法16-28
• 2.1 引言16-17
• 2.2 研究对象17-19
• 2.3 叶型简介19-20
• 2.4 数值计算20-28
• 2.4.1 控制方程20
• 2.4.2 计算方法20-21
• 2.4.3 湍流模型21-22
• 2.4.4 计算设定22-24
• 2.4.5 网格划分24-25
• 2.4.6 计算结果准确性分析25-27
• 2.4.7 参数定义27-28
• 第3章 1.5级LISA涡轮流场计算和分析28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 1.5级涡轮叶栅各级进出口参数28-31
• 3.3 叶栅通道内流体流动分析31-35
• 3.3.1 第一级静叶流道流场结构分析31-32
• 3.3.2 动叶流道流场结构分析32-34
• 3.3.3 第二级静叶流道流场结构分析34-35
• 3.4 动叶间隙流体流动分析35-37
• 3.5 本章结论37-38
• 第4章 动叶不同叶顶结构对1.5级涡轮性能影响的数值研究38-47
• 4.1 引言38
• 4.2 动叶出口截面损失分布38-42
• 4.3 动叶流道内流体流动分析42-46
• 4.4 本章结论46-47
• 第5章 叶顶喷气对1.5级涡轮性能影响的计算与分析47-53
• 5.1 引言47
• 5.2 计算模型47
• 5.3 喷气量对叶顶间隙泄漏控制的数值研究47-52
• 5.3.1 间隙内部流体流动分析48-49
• 5.3.2 动叶出口截面损失分布49-52
• 5.4 本章结论52-53
• 第6章 旋转效应对单列动叶栅气动性能的影响53-65
• 6.1 引言53
• 6.2 边界条件53-54
• 6.3 平顶叶栅旋转效应的计算与分析54-60
• 6.3.1 动叶出口截面损失分布54-57
• 6.3.2 间隙内部流体流动分析57
• 6.3.3 叶栅通道内流体流动分析57-60
• 6.4 带翼型围带叶栅旋转效应的计算与分析60-64
• 6.4.1 动叶出口截面损失分布61-62
• 6.4.2 间隙内部流体流动分析62
• 6.4.3 叶栅通道内流体流动分析62-64
• 6.5 本章结论64-65
• 结论与展望65-66
• 参考文献66-68
• 致谢68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李志显;张永贵;胡建军;孔祥东;杜胜华;李洪;张永建;;端壁运动对自发射流抑制叶尖泄漏影响的数值研究[J];汽轮机技术;2015年02期

2 高杰;郑群;李义进;;动叶顶部蜂窝面迷宫密封对涡轮级气动性能的影响[J];航空动力学报;2012年01期

3 牛茂升;臧述升;;机匣相对转动对涡轮叶顶间隙流动的影响[J];空气动力学学报;2009年05期

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本文编号：1096179