蜂窝机匣对涡轮级性能影响的数值研究

发布时间：2017-10-08 15:10

  本文关键词：蜂窝机匣对涡轮级性能影响的数值研究

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【摘要】：随着叶轮机械向高温、高压、高负荷、高转速方向的发展,叶顶泄漏损失成为一项重要损失。密封结构选取是降低泄漏损失、提高效率的关键。本文采用数值模拟的方法,对比研究涂层机匣和蜂窝机匣下涡轮级流场的定常/非定常特性,为工程上密封结构的选择提供理论参考。在定常计算中,密封结构改善了静叶通道上半部分的流动,降低了吸力面低压区范围以及尾缘处的激波损失。通过降低顶部间隙的通流面积,增大机匣的阻滞作用,密封结构可以有效的减小泄漏量,降低泄漏涡强度,提高涡轮级效率与做功能力。动静叶栅的相对运动导致上游静叶尾迹、激波周期性通过动叶通道,经历切割、迁移、衰退等过程,与动叶通道内流体相互作用,降低了涡轮级效率。静叶流场的非定常性主要集中在静叶尾缘处,而动叶整个流道都受影响,进行周期性改变。动静叶干涉改变了叶顶间隙压力场,使泄漏强度周期性改变。当叶片两侧压差较大时,泄漏量增大,泄漏损失增加。由于上通道涡的阻挡作用,相对于动叶中部截面,上游对顶部截面的干涉作用较弱。蜂窝机匣将流经的流体分割成小涡流,增大了耗散量,同时腔内反冲出来的流体形成密封屏障,增大流动阻力,从而达到封严效果。与涂层机匣相比,蜂窝密封能更好的减少顶部泄漏量,延迟了泄漏涡的发展,降低了泄漏涡、顶部激波的强度,增大了涡轮级的做功能力,但是由于泄漏涡的位置靠下,增加了与通道涡的掺混程度,增大流动的气动损失,降低涡轮级的效率。在非定常分析中,动叶气动力脉动主要是由一倍频引起的,蜂窝机匣下动叶的一倍频的扰动振幅小于涂层机匣下的一倍频扰动振幅。
【关键词】：涡轮级 泄漏损失 蜂窝机匣 涂层机匣 定常特性 非定常特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK14
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题的研究背景和意义8-9
• 1.2 密封结构的发展9-12
• 1.3 研究现状综述12-16
• 1.3.1 蜂窝密封的研究现状12-14
• 1.3.2 非定常的研究现状14-16
• 1.4 主要研究内容16-17
• 第2章 数学模型及数值计算方法17-27
• 2.1 使用软件简介17-18
• 2.2 数值计算理论18-22
• 2.2.1 控制方程18-19
• 2.2.2 湍流模型19-20
• 2.2.3 计算方法20-21
• 2.2.4 壁面函数21-22
• 2.2.5 动静域交界面处理方式22
• 2.3 数值仿真模型22-26
• 2.3.1 蜂窝机匣仿真模型22-23
• 2.3.2 计算域与边界条件23-24
• 2.3.3 网格的划分24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 不同机匣形式下涡轮级的定常特性27-50
• 3.1 不同机匣形式下涡轮级气动性能27
• 3.2 静叶通道的流动特性27-32
• 3.3 动叶通道内的流动特性32-46
• 3.3.1 蜂窝机匣内流动状况分析32-35
• 3.3.2 泄漏流的发展状况35-39
• 3.3.3 通道内的流动状况39-46
• 3.4 不同背压下涡轮特性分析46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 不同密封结构下涡轮级的非定常特性50-77
• 4.1 定常与非定常性能的对比50-51
• 4.2 不同密封结构下动、静叶流场的非定常分析51-75
• 4.2.1 中部截面的非定常现象51-56
• 4.2.2 顶部泄漏流的非定常分析56-60
• 4.2.3 顶部截面的非定常现象60-67
• 4.2.4 动叶进、出.截面非定常现象67-72
• 4.2.5 叶片气动力分析72-75
• 4.3 本章小结75-77
• 结论77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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2 高杰;郑群;李义进;;动叶顶部蜂窝面迷宫密封对涡轮级气动性能的影响[J];航空动力学报;2012年01期

3 陈海生;谭春青;;叶轮机械内部流动研究进展[J];机械工程学报;2007年02期

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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2 张晓霞;刷式密封在汽轮机中的应用研究[D];上海交通大学;2010年

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本文编号：994715