凹槽肩壁射流控制涡轮间隙流动的数值研究

发布时间：2022-08-11 14:34

　　燃气轮机作为能源与动力领域的主要动力装置之一,在我国国民经济中占有举足轻重的地位。涡轮是燃气轮机的核心部件之一,其先进程度决定了燃气轮机的性能。为了保证涡轮的正常运行,动叶叶顶和机匣之间通常留有间隙,叶顶间隙的存在造成一定的泄漏流动和泄漏损失。泄漏流对叶片载荷、油耗、叶顶热负荷以及整机效率均带来严重的负面影响。特别是近年来涡轮朝着高性能、高负荷、低级数、大功率方向发展,使得泄漏流动的速度进一步增大,叶尖附近的流场更加复杂。因此,开展叶顶间隙流动控制技术的研究对于燃气轮机整体性能的提高具有重要意义。叶顶凹槽是最常用的叶尖处理方法,而凹槽的形状对泄漏流动有非常要的影响。另外,叶顶射流是一种常用的主动控制泄漏流动的方法,平顶上的射流能够有效地减小泄漏流动,而凹槽底部布置射流孔无法有效改善泄漏流动。因此,本文提出了一种凹槽肩壁射流的叶顶结构,采用数值计算进行泄漏流动控制的研究。首先,本文提出一种数学方法重构了凹槽型线,得到一种吸力侧肩壁加厚的新型凹槽。并且对比了新型凹槽与普通凹槽对泄漏流动影响的区别,以及不同的凹槽深度下对泄漏流动的影响。之后,在凹槽吸力侧肩壁布置射流孔,研究了不同的射流角度、... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及研究的目的和意义
    1.2 叶顶间隙泄漏研究现状
    1.3 泄漏流控制方法研究现状
        1.3.1 凹槽叶顶
        1.3.2 叶顶射流
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 数值方法与计算模型
    2.1 数值计算方法
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 湍流模型
    2.2 物理模型
        2.2.1 计算域和边界条件
        2.2.2 网格无关性验证
        2.2.3 数值方法验证
        2.2.4 凹槽型线重构
    2.3 本章小结
第3章 新型凹槽对叶顶泄漏流动的影响
    3.1 引言
    3.2 探索研究
    3.3 新型凹槽对泄漏流动的影响
        3.3.1 泄漏涡的形成
        3.3.2 新型凹槽对叶顶区域泄漏流动的影响
        3.3.3 出口截面
        3.3.4 换热分析
    3.4 凹槽深度对新型凹槽泄漏流动的影响
        3.4.1 凹槽深度对泄漏流量的影响
        3.4.2 间隙内流场特性
        3.4.3 出口截面
        3.4.4 叶顶换热
    3.5 本章小结
第4章 凹槽肩壁射流控制泄漏流动
    4.1 引言
    4.2 射流角度对泄漏流动的影响
        4.2.1 物理模型及射流方案
        4.2.2 间隙流动结构分析
        4.2.3 泄漏流量
        4.2.4 出口截面
        4.2.5 绝热冷却效率
    4.3 不同吹风比对泄漏流动的影响
        4.3.1 间隙流动结构分析
        4.3.2 泄漏流量
        4.3.3 出口截面
        4.3.4 绝热冷却效率
    4.4 射流孔数目对泄漏流动的影响
    4.5 间隙流动结构分析
        4.5.1 泄漏流量
        4.5.2 出口截面
        4.5.3 绝热冷却效率
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]气膜孔分布对凹槽叶顶传热和冷却性能的影响[J]. 黄琰,晏鑫,何坤,李军.  西安交通大学学报. 2016(05)
[2]攻角和端壁滑移对凹槽叶顶间隙流动传热的影响[J]. 李广超,张占东,张魏,寇志海.  热力发电. 2016(02)
[3]跨声速涡轮叶顶间隙流动传热特性的数值研究[J]. 杜昆,李军.  西安交通大学学报. 2016(04)
[4]突肩叶尖尾缘开槽对间隙流动换热特性的影响[J]. 成锋娜,常海萍,张镜洋,田兴江,杜治能.  航空动力学报. 2016(02)
[5]超高负荷涡轮叶栅叶顶间隙流动特征及间隙高度的影响[J]. 易小兰,张华良,苏赫,高庆,陈海生,谭春青.  航空动力学报. 2015(08)
[6]凹槽状叶顶涡轮叶片传热特性的数值研究[J]. 杜昆,宋立明,李军.  推进技术. 2014(05)
[7]间隙流动对涡轮叶片温度场分布影响的数值研究[J]. 李钰洁,刘永葆,高洁.  海军工程大学学报. 2013(06)
[8]涡轮间隙泄漏涡破碎对损失的影响[J]. 高杰,郑群,许天帮,张正一.  航空学报. 2014(05)
[9]涡轮叶栅叶顶间隙泄漏流动实验研究[J]. 刘盼年,刘艳,姜沃函,陆华伟.  大连理工大学学报. 2013(06)
[10]涡轮间隙流动结构及其损失产生机理研究[J]. 高杰,郑群,姜玉廷.  工程热物理学报. 2013(10)

博士论文
[1]自发射流抑制涡轮叶顶间隙泄漏研究[D]. 胡建军.燕山大学 2014
[2]涡轮间隙流动主动控制的试验研究及数值模拟[D]. 牛茂升.上海交通大学 2010



本文编号：3674839