向心涡轮盘腔流动机理研究

发布时间：2021-11-11 12:41

　　在微小型燃气轮机中,由于转静系间隙的存在,在压气机和涡轮之间形成气流盘腔。涡轮动叶进口处的高温高压燃气会侵入到盘腔内部,使得盘腔过热并影响燃气轮机工作安全,因此需要从压气机出口向盘腔内引入封严冷气来抑制燃气入侵。盘腔封严流对向心涡轮部件和整机性能影响显著,掌握其内部流动机理及燃气入侵特性对部件设计及整机运行具有重要意义。因此,本文对向心涡轮盘腔内部流动及其与涡轮主流的耦合机制开展深入研究,就其中的封严流与主流耦合机理、旋转诱导燃气入侵及外部诱导燃气入侵进行详细论述,为涡轮盘腔精细化设计提供理论依据。本文主要研究内容及结论如下:（1）开展了涡轮盘腔封严流与主流耦合机理研究。以微小型燃气轮机中的向心涡轮及其真实盘腔结构为研究对象,采用定常数值方法,研究了三种典型轮盘结构的盘腔流场特征、涡轮总体参数及封严流与主流耦合机理。结果表明:扇形与深度扇形向心涡轮相比常规结构效率分别下降1.7%、3.5%,封严流量分别降低12.2%、16.3%,封严流量主要由高速旋转盘的“泵吸效应”决定。叶背间隙泄漏流在进入流道处受同向的离心力及科氏力,表现为向叶顶方向运动;盘腔冷气在进入流道处受到的离心力与科氏力相... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

微小型燃

第1章绪论3结果确认上述两种流动结构均存在，且依赖于盘腔内流动状况，两者在一定条件下可相互转化。对于径向外流转静系盘腔，增大进气流量或减小转静盘间隙比使得流动结构由Batchelor流型转化为Stewartson流型，其根本原因是盘腔内流体的粘性力和惯性力影响程度高低。(a)-(c)Batchelor流；(d)-(f)Stewartson流图1.2转静系无量纲速度分布[18]Figure1.2Characteristicvelocitydistributioninrotorstatorcavity[18]图1.3径向外流盘腔经典流态[19]Figure1.3Simplifiedflowstructureinrotor-statorcavitywitharadialoutflow[19]径向外流转静系盘腔是指封严流由低半径流向高半径的盘腔结构，Owen[20]早在20世纪80年代便提出了该形式盘腔的经典流态。在该流态中，盘腔内流体主要分为源区和核心区两部分，其中源区是指部分来流处于当地转盘边界层夹带

第1章绪论3结果确认上述两种流动结构均存在，且依赖于盘腔内流动状况，两者在一定条件下可相互转化。对于径向外流转静系盘腔，增大进气流量或减小转静盘间隙比使得流动结构由Batchelor流型转化为Stewartson流型，其根本原因是盘腔内流体的粘性力和惯性力影响程度高低。(a)-(c)Batchelor流；(d)-(f)Stewartson流图1.2转静系无量纲速度分布[18]Figure1.2Characteristicvelocitydistributioninrotorstatorcavity[18]图1.3径向外流盘腔经典流态[19]Figure1.3Simplifiedflowstructureinrotor-statorcavitywitharadialoutflow[19]径向外流转静系盘腔是指封严流由低半径流向高半径的盘腔结构，Owen[20]早在20世纪80年代便提出了该形式盘腔的经典流态。在该流态中，盘腔内流体主要分为源区和核心区两部分，其中源区是指部分来流处于当地转盘边界层夹带

【参考文献】：
期刊论文
[1]轮缘封严气流与主流涡系交互作用的非定常数值研究[J]. 杨帆,周莉,王占学.  推进技术. 2019(02)
[2]开式向心涡轮背部结构对效率的影响[J]. 雷开银,刘锡阳,董学智,高庆,谭春青.  燃气轮机技术. 2018(01)

博士论文
[1]开式向心涡轮背部间隙流的研究[D]. 何平.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
[2]离心压气机内部流动特性与流场结构研究[D]. 孙志刚.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2011
[3]采用叶片弯/掠及附面层抽吸控制扩压叶栅内涡结构的研究[D]. 张华良.哈尔滨工业大学 2007



本文编号：3488875