向心涡轮U型盘腔封严特性研究
发布时间：2021-11-13 14:23
本文采用数值方法对向心涡轮U型盘腔开展研究。在验证Orifice Model适用性的基础之上,从模型的物理内涵出发,重新定义了反映燃气入侵强度的参数δ。研究表明,恒转速盘腔封严效率是关于入侵强度δ的单调递减函数,随着δ降低密封效率增大,当δ=2.7时,封严效率可达到80%水平。进口段长度通过影响入侵强度参数值,进而对封严效率产生影响。同时研究发现,Orifice Model中参数取值还应取决于盘腔进口段长度,进口段越长最小封严流量值越小。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图３计算域及网格划分示意图（ｉ＝７１?ｍｍ）??Ｆｉｇ．?３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎｓ?ａｎｄ?ｇｒｉｄｓ??（２＝７１?ｍｍ）??表２边界条件??Ｔａｂｌｅ?２?Ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??参数??数值??
２７０８??工程热物理学报??４１卷??为定量描述封严效率ｅ与６关系，将入侵强度＜５无??量纲化，如式（１１）所示。其中，心．ｍｉｎ为最小封严流??量时所对应的＜５值。??图７为封严效率与５关系图，其数据来源于??盘腔出口附近沿一条流线上的两个点１、２。对于不??同的封严流量，为进一步定量分析ｅ与Ｓ关系，对??计算结果进行拟合，拟合结果如式（１２）所示，并在??图７绘制其曲线，可以看出，随着Ｊ增大，封严效率??降低。当３＝２．７时，封严效率可达到８０％水平，这些??数据对盘腔封严设计具有重要意义。??气流产生影响，如泵吸效应、周向预旋等，因此在??设计时需考虑盘腔进口封严结构参数对燃气入侵的??影响。??Ｓｅａｌｉｎｇ?Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ??０．４０?０．４６?０．５２?０．５８?０．６４?０．７０?０．７６?０．８２?０．８８?０．９４?１．００??ｓ?＝?－〇．〇〇８５３?－?０．０２４４＾＋?１．０２９?（１２）??为解释不同＾的封严效率差异原因，绘制速度??矢量与封严效率云图进行分析，如图８所示。从动??盘侧泵出的封严流与主流泄漏的高温燃气在盘腔出??Ｕ附近掺混，掺混后的气流部分流入盘腔造成高温??燃气侵入盘腔内部，部分气流流出盘腔并在盘腔出??口形成一涡系结构。通过观察后可发现当＜５较小时，??即动盘附近沿一条流线的压差较小且旋转比较大时，??盘腔出口的涡系结构右移，有更少的主流进入盘腔，??因此封严效率増大。??图８盘腔出口处速度矢Ｍ与封严效率云图??Ｆｉｇ．?８?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｎｄ?ｓｅａｌｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｃｏｎｔｏｕｒ?ａｔ??ｃａｖｉｔｙ?ｏｕｔｌｅｔ??图
封严流与主流泄漏的高温燃气在盘腔出??Ｕ附近掺混，掺混后的气流部分流入盘腔造成高温??燃气侵入盘腔内部，部分气流流出盘腔并在盘腔出??口形成一涡系结构。通过观察后可发现当＜５较小时，??即动盘附近沿一条流线的压差较小且旋转比较大时，??盘腔出口的涡系结构右移，有更少的主流进入盘腔，??因此封严效率増大。??图８盘腔出口处速度矢Ｍ与封严效率云图??Ｆｉｇ．?８?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｎｄ?ｓｅａｌｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｃｏｎｔｏｕｒ?ａｔ??ｃａｖｉｔｙ?ｏｕｔｌｅｔ??图９是不同进口长度盘腔的入侵强度参数Ｓ随??无量纲流董０变化图。从图中可以看出，在相同封??严流量下，ｉ＝７１?ｍｍ盘腔的入侵强度值Ｓ最小，因??此该形式盘腔在相同封严流量情况下燃气入侵最弱；??而ｉ＝１０?ｍｍ盘腔的入侵强度值Ｓ最大，对应的燃气??入侵现象最强。因此，在设计Ｕ型盘腔时需着重考??虑盘腔进口段长度对封严特性的影响。??ｄ??图７封严效率与ｆ关系图??Ｆｉｇ．?７?Ｓｅａｌｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｖｅｒｓｕｓ?Ｓ??图９不同进口长度入侵强度参数对比图??Ｆｉｇ．?９?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?＾ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｉｎｌｅｔ?ｌｅｎｇｔｈｓ??２．３基于入侵强度的盘腔进口长度分析??在轴流滴轮盘腔中，气流多以垂直进气方式进??入到涡轮盘腔中，此时进口结构参数对封严持性影??响很小，因此前人并未考虑进口结构参数对燃气入??侵影响。然而在向心涡轮Ｕ型盘腔结构中，封严??流先在压气机侧盘腔径向内流，之后通过喉道折转??１８０°后再在涡轮侧盘腔径向外流．由此带来的问题??是流道狭长的径向内流段会对进入到涡
本文编号：3493176
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图３计算域及网格划分示意图（ｉ＝７１?ｍｍ）??Ｆｉｇ．?３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎｓ?ａｎｄ?ｇｒｉｄｓ??（２＝７１?ｍｍ）??表２边界条件??Ｔａｂｌｅ?２?Ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??参数??数值??
２７０８??工程热物理学报??４１卷??为定量描述封严效率ｅ与６关系，将入侵强度＜５无??量纲化，如式（１１）所示。其中，心．ｍｉｎ为最小封严流??量时所对应的＜５值。??图７为封严效率与５关系图，其数据来源于??盘腔出口附近沿一条流线上的两个点１、２。对于不??同的封严流量，为进一步定量分析ｅ与Ｓ关系，对??计算结果进行拟合，拟合结果如式（１２）所示，并在??图７绘制其曲线，可以看出，随着Ｊ增大，封严效率??降低。当３＝２．７时，封严效率可达到８０％水平，这些??数据对盘腔封严设计具有重要意义。??气流产生影响，如泵吸效应、周向预旋等，因此在??设计时需考虑盘腔进口封严结构参数对燃气入侵的??影响。??Ｓｅａｌｉｎｇ?Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ??０．４０?０．４６?０．５２?０．５８?０．６４?０．７０?０．７６?０．８２?０．８８?０．９４?１．００??ｓ?＝?－〇．〇〇８５３?－?０．０２４４＾＋?１．０２９?（１２）??为解释不同＾的封严效率差异原因，绘制速度??矢量与封严效率云图进行分析，如图８所示。从动??盘侧泵出的封严流与主流泄漏的高温燃气在盘腔出??Ｕ附近掺混，掺混后的气流部分流入盘腔造成高温??燃气侵入盘腔内部，部分气流流出盘腔并在盘腔出??口形成一涡系结构。通过观察后可发现当＜５较小时，??即动盘附近沿一条流线的压差较小且旋转比较大时，??盘腔出口的涡系结构右移，有更少的主流进入盘腔，??因此封严效率増大。??图８盘腔出口处速度矢Ｍ与封严效率云图??Ｆｉｇ．?８?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｎｄ?ｓｅａｌｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｃｏｎｔｏｕｒ?ａｔ??ｃａｖｉｔｙ?ｏｕｔｌｅｔ??图
封严流与主流泄漏的高温燃气在盘腔出??Ｕ附近掺混，掺混后的气流部分流入盘腔造成高温??燃气侵入盘腔内部，部分气流流出盘腔并在盘腔出??口形成一涡系结构。通过观察后可发现当＜５较小时，??即动盘附近沿一条流线的压差较小且旋转比较大时，??盘腔出口的涡系结构右移，有更少的主流进入盘腔，??因此封严效率増大。??图８盘腔出口处速度矢Ｍ与封严效率云图??Ｆｉｇ．?８?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｎｄ?ｓｅａｌｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｃｏｎｔｏｕｒ?ａｔ??ｃａｖｉｔｙ?ｏｕｔｌｅｔ??图９是不同进口长度盘腔的入侵强度参数Ｓ随??无量纲流董０变化图。从图中可以看出，在相同封??严流量下，ｉ＝７１?ｍｍ盘腔的入侵强度值Ｓ最小，因??此该形式盘腔在相同封严流量情况下燃气入侵最弱；??而ｉ＝１０?ｍｍ盘腔的入侵强度值Ｓ最大，对应的燃气??入侵现象最强。因此，在设计Ｕ型盘腔时需着重考??虑盘腔进口段长度对封严特性的影响。??ｄ??图７封严效率与ｆ关系图??Ｆｉｇ．?７?Ｓｅａｌｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｖｅｒｓｕｓ?Ｓ??图９不同进口长度入侵强度参数对比图??Ｆｉｇ．?９?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?＾ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｉｎｌｅｔ?ｌｅｎｇｔｈｓ??２．３基于入侵强度的盘腔进口长度分析??在轴流滴轮盘腔中，气流多以垂直进气方式进??入到涡轮盘腔中，此时进口结构参数对封严持性影??响很小，因此前人并未考虑进口结构参数对燃气入??侵影响。然而在向心涡轮Ｕ型盘腔结构中，封严??流先在压气机侧盘腔径向内流，之后通过喉道折转??１８０°后再在涡轮侧盘腔径向外流．由此带来的问题??是流道狭长的径向内流段会对进入到涡
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