气冷透平端区射流与主流的交互作用研究

发布时间：2021-02-28 10:57

　　为了研究透平流道内端壁气膜冷却射流与主流二次流结构的交互作用,本文采用了RANS的数值方法,湍流模型选用SST模型,对端壁区域近吸力面典型位置处的冷气出流情况进行研究。数值分析发现,近吸力面侧出口射流在与端部涡结构的交互作用下,其冷却能力的损失反而减缓,射流能够在其下游端壁区域形成良好的冷气覆盖;在气动效率方面,射流对主流边界层的扰动使得损失的核心区增大,而横流强度则随着射流动量的增加呈现先增强后削弱的趋势。 

【文章来源】：风机技术. 2020,62(03)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

7-7-7成型气膜孔几何结构

叶栅流道计算所用网格为多块结构化网格，基于Numeca商业软件生成，并用pointwise对流道内局部区域加密，主要在叶片前缘马蹄涡生成区和叶片尾缘及其下游区域较密。气膜孔网格采用pointwise绘制碟形网格，进出口通过非结构网格分别与气腔出口及主流计算域连接。计算域网格如图2所示，网格总数12M，通过了网格无关性验证。整体壁面处y+值均小于1，基于ANSYS CFX进行求解，湍流模型选取剪应力输运模型（SST k-ω），数值计算收敛准则保证残差下降4个量级以上。2 端部流场二次流拓扑结构分析

如图3所示流道内的涡系拓扑结构示意图，红色表示涡结构旋向与流向相同（顺时针方向），蓝色表示涡结构旋向与流向相反（逆时针方向），虚线所示涡系为主流涡系的诱导涡结构。叶片前缘生成马蹄涡（HSV），马蹄涡在鞍点处分成两支旋向相反的涡结构：马蹄涡吸力侧分支（HSV-SS）和压力侧分支（HSV-PS）。马蹄涡压力侧分支卷吸端壁边界层内部的低能流体逐渐发展，形成通道涡（PV）。如图4、图5所示，分别为端壁附近的极限流线与叶片中叶展处的流线示意图，可以清晰地看出主流近端壁处流线明显地偏离无粘流线。边界层内部的流体由于流速较低在压力梯度作用下向吸力面侧发生迁移，在近压力面侧由于横向压力梯度较小横流不明显，而在近吸力面侧则观察到显著的指向吸力面的横向流动。此外，图中还可以看出涡系的迁移路径上，流体的运动呈复杂规律变化。

【参考文献】：
期刊论文
[1]扇形气膜孔冷却效果的数值模拟研究（英文）[J]. 黎旭,屈衍静,宋柳丽.  风机技术. 2019(03)
[2]基于RANS和DDES的跨音速透平叶栅的型面损失分析（英文）[J]. 李会,苏欣荣,袁新.  风机技术. 2018(06)
[3]燃气轮机发动机内流及二次流系统（英文）[J]. Peter RN Childs.  风机技术. 2018(06)



本文编号：3055752