机匣喷气对涡轮叶顶泄漏流影响的数值研究

发布时间：2022-12-23 20:36

　　燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,在航空航天、发电运输以及各种工业领域中占有重要的地位。而由于叶顶间隙的存在,主流因流动特性会在叶顶间隙区域产生泄漏流,从而造成较大的流动损失,降低燃气轮机输出功率,也会对叶片叶顶造成严重的热损坏,缩短燃气轮机使用寿命。因此研究叶顶泄漏流的产生机理,降低其影响具有重要意义。而本文将机匣喷气这一概念引用到叶顶间隙区域,通过数值模拟的方式研究了机匣喷气对于叶顶泄漏流的影响。首先,建立凹槽叶顶与机匣壁面的模型,选取SST k-ω湍流模型,采用数值计算的方法对凹槽叶顶通道内的流动特性进行定常研究。通过比较不同吹风比下的叶顶传热系数、腔内速度与流线分布、截面冷却效率、马赫数、表面极限流线、总压损失系数,得到吹风比大小对叶顶泄漏流的影响。结果表明:吹风比的加入可以降低叶根处通道涡的损失,但会加大叶顶处通道涡沿叶高的损失范围;吹风比的增加可以有效地改善机匣壁面的高温分布,提高整个凹槽腔内的冷却效率;泄漏流的变化与吹风比的变化并不一致,当吹风比从0增长至1.0时,机匣喷气对吸力面壁面泄漏涡的出现有促进作用;增加吹... 

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外关于叶顶泄漏流的研究现状及分析
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 国内外研究现状分析
    1.3 本文研究内容
第2章 湍流模型与计算方法
    2.1 基本控制方程
        2.1.1 质量守恒方程
        2.1.2 动量守恒方程
        2.1.3 能量守恒方程
        2.1.4 组分质量守恒方程
    2.2 边界条件
    2.3 离散格式
        2.3.1 中心差分格式
        2.3.2 一阶迎风格式
        2.3.3 二阶迎风格式
    2.4 湍流模型
        2.4.1 RNG k-ε模型
        2.4.2 SST k-ω模型
        2.4.3 大涡模拟
    2.5 本章小结
第3章 不同吹风比对叶顶泄漏流影响分析
    3.1 物理模型与计算方法
        3.1.1 数值计算模型
        3.1.2 数值计算方法
        3.1.3 参数定义
        3.1.4 模型验证
    3.2 计算结果与分析
        3.2.1 吹风比变化对凹槽内部流场的影响
        3.2.2 吹风比变化对凹槽腔内温度分布的影响
        3.2.3 吹风比变化对凹槽腔内冷却效率的影响
        3.2.4 吹风比变化对凹槽平面马赫数分布的影响
        3.2.5 吹风比变化对叶片吸力面壁面极限流线分布的影响
        3.2.6 吹风比变化对出口截面总压损失系数的影响
    3.3 本章小结
第4章 不同相对平移速度对叶顶泄漏流影响分析
    4.1 相对平移物理模型
    4.2 计算结果及分析
        4.2.1 相对平移速度对凹槽内部流场的影响
        4.2.2 相对平移速度对凹槽腔内温度分布的影响
        4.2.3 相对平移速度对机匣冷却效率的影响
        4.2.4 相对平移速度对凹槽平面马赫数分布的影响
        4.2.5 相对平移速度对叶片壁面极限流线的影响
        4.2.6 相对平移速度对出口截面总压损失系数的影响
    4.3 本章小结
第5章 机匣喷气对叶顶泄漏流影响机理分析
    5.1 非定常数值模拟计算方法
    5.2 流域涡系结构分布
    5.3 叶顶马赫数分布非定常变化规律
        5.3.1 吹风比变化对截面马赫数分布的影响
        5.3.2 相对运动速度变化对截面马赫数分布的影响
    5.4 频谱分析
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]叶顶间隙对轴流风机性能影响的大涡模拟研究[J]. 田翠茹,李宝宽.  风机技术. 2018(01)
[2]突肩叶尖开槽对叶尖间隙流动和冷却特性的影响[J]. 成锋娜,常海萍,张镜洋,田兴江,杜治能.  推进技术. 2018(01)
[3]气膜孔位置对突肩叶尖气膜冷却效率的影响[J]. 成锋娜,常海萍,张镜洋,田兴江,杜治能.  航空动力学报. 2017(08)
[4]自循环吸附动叶设计原理及数值模拟分析[J]. 曹志鹏,赵龙波,王靖宇,关朝斌.  航空学报. 2017(09)
[5]开口双肋凹槽式涡轮叶顶间隙流动数值研究[J]. 崔涛,汪帅,张伟,温风波,王松涛,周逊,王仲奇.  推进技术. 2017(04)
[6]涡轮叶片凹槽状叶顶非定常流动传热特性的数值研究[J]. 杜昆,李军.  推进技术. 2017(03)
[7]带冠喷气涡轮叶栅气动性能研究[J]. 刘艳,张敏,张梦超,张天龙,贺樱.  工程热物理学报. 2017(01)
[8]叶顶间隙对多级轴流涡轮气动特性影响的非定常数值计算[J]. 李钰洁,刘永葆.  推进技术. 2017(01)
[9]多工况下燃气轮机高压涡轮叶顶间隙对涡轮效率的影响[J]. 任富山,刘永葆,贺星,李钰洁.  燃气轮机技术. 2016(04)
[10]高压涡轮主动间隙控制系统机匣模型试验[J]. 徐逸钧,毛军逵,王鹏飞,曾军,王代军,郭文.  航空动力学报. 2016(07)



本文编号：3725382