变参数蜂窝叶顶对涡轮叶栅顶部间隙泄漏流动的影响
发布时间：2021-02-08 20:45
航空燃气轮机正向着高推重比和低耗油率的高性能趋势发展,高负荷、高效率、低级数、小尺寸的涡轮才能满足现代航空发动机的发展需求。因此为了提高燃气涡轮的整体性能从根源入手,提高单个涡轮叶片的性能,减小其做功过程中产生的能量损失是非常具有深入研究意义的。气体在涡轮叶栅流道内的流动是极其复杂的,气流流经涡轮流道,将其极高的焓变转化为动能再转化为机械功,在这个过程中由于气流在旋转机械内复杂结构中流动,会产生一系列的二次流损失,其中叶顶间隙内的潜流现象引起的泄漏损失会明显导致涡轮叶片做功能力的下降和效率下降,从而对涡轮的整机效率也产生了负面影响。本课题的目的就是通过数值计算的途径针对单个涡轮直叶栅叶尖产生的间隙泄漏流动现象的一种控制方法进行研究。首先采用一种特定结构的直蜂窝叶顶的被动流动控制手段抑制叶顶间隙泄漏现象,并分析这种控制方法的作用机理,发现蜂窝叶顶泄漏涡被削弱,通道涡涡核上移,气动损失减小。而后探究叶顶蜂窝腔的不同深度对于叶顶间隙泄漏流动的影响规律,结果显示当叶顶蜂窝的深度为1%相对叶高时,泄漏抑制效果最佳,间隙泄漏量相对平顶下降了10.96%。最后在此蜂窝参数的基础上对倾斜蜂窝的叶顶结构...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Hawthorne涡结构模型
哈尔滨工业大学硕士学位论文，Ns为分离结点，SL为分离线，自此出发形成一个呈片状的游发展。图中 CSV(Corner separation vortex)表示的是角区集所描述的片状尾缘分离涡与角区分离区内的流体共同作用从吸力面脱落的螺旋涡，这一现象在叶片吸力面表面靠近流现象产生。
哈尔滨工业大学硕士学位论文形成鞍点 Sc，流线从鞍点分为两个分支，一条为 ScNt'沿吸力边发展，对应叶顶脱落涡；另一条 ScNu'在吸力面上向叶根方向斜行，对应上通道涡。从上端壁流动图谱中能看到两条明显流线，一条是吸力边上产生并向下游发展在的分离线 Ls，另一条是压力边附近的再附线 Lr。综上，推理得到的叶栅出口截面涡结构如图 1-4，其中包括了① 泄漏涡：泄漏流体与端壁横向流动共同作用而产生；②上通道涡：上端壁一侧的横向流体卷吸运动而产生；③下通道涡：下端壁一侧的横向流体卷吸运动而产生；④端部脱落涡：流体流经叶片表面后脱落而产生；⑤吸力面一侧卷起的小尺度涡：由于上、下通道涡在中径处附近的共同诱导作用而产生。通过以上对模型的分析发现，由于叶顶间隙的存在，导致上半叶展区域流道内的涡系结构比下半叶展复杂的多，二次流引入的损失也相对更大，这些复杂流动之间的相互作用现象对下游流场乃至整个涡轮性能的影响更大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]深凹槽式涡轮叶顶间隙泄漏直列叶栅实验研究[J]. 崔涛,陈绍文,周治华,王晋声,王松涛,王仲奇. 工程热物理学报. 2015(09)
[2]等离子体流动控制研究进展与展望[J]. 吴云,李应红. 航空学报. 2015(02)
[3]端壁等离子体气动激励抑制高负荷压气机叶栅角区流动分离实验[J]. 赵勤,吴云,李应红,赵小虎,张海灯. 航空动力学报. 2013(09)
[4]Effect of Honeycomb Seals on Loss Characteristics in Shroud Cavities of an Axial Turbine[J]. GAO Jie,ZHENG Qun,WANG Zheng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013(01)
[5]高压涡轮转子间隙泄漏流动的非定常特征研究[J]. 王大磊,朴英,陈美宁. 航空动力学报. 2012(11)
[6]叶顶凹槽形态对动叶气动性能的影响[J]. 高杰,郑群. 航空学报. 2013(02)
[7]蜂窝密封流动特性的数值研究和泄漏量计算公式的构造[J]. 李志刚,李军,丰镇平. 机械工程学报. 2011(02)
[8]机匣喷气位置对涡轮间隙流动控制的影响[J]. 牛茂升,臧述升. 推进技术. 2009(05)
[9]具有静止顶部间隙透平叶栅气动特性的实验研究[J]. 黄洪雁,韩万金,王仲奇,侯建东. 汽轮机技术. 1997(04)
[10]具有叶顶间隙涡轮转子叶栅流动的拓扑及旋涡结构观测[J]. 黄洪雁,韩万金,王仲奇. 航空学报. 1997(03)
博士论文
[1]叶尖小翼控制涡轮叶栅间隙流动的研究[D]. 魏曼.大连海事大学 2016
[2]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
本文编号：3024508
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Hawthorne涡结构模型
哈尔滨工业大学硕士学位论文，Ns为分离结点，SL为分离线，自此出发形成一个呈片状的游发展。图中 CSV(Corner separation vortex)表示的是角区集所描述的片状尾缘分离涡与角区分离区内的流体共同作用从吸力面脱落的螺旋涡，这一现象在叶片吸力面表面靠近流现象产生。
哈尔滨工业大学硕士学位论文形成鞍点 Sc，流线从鞍点分为两个分支，一条为 ScNt'沿吸力边发展，对应叶顶脱落涡；另一条 ScNu'在吸力面上向叶根方向斜行，对应上通道涡。从上端壁流动图谱中能看到两条明显流线，一条是吸力边上产生并向下游发展在的分离线 Ls，另一条是压力边附近的再附线 Lr。综上，推理得到的叶栅出口截面涡结构如图 1-4，其中包括了① 泄漏涡：泄漏流体与端壁横向流动共同作用而产生；②上通道涡：上端壁一侧的横向流体卷吸运动而产生；③下通道涡：下端壁一侧的横向流体卷吸运动而产生；④端部脱落涡：流体流经叶片表面后脱落而产生；⑤吸力面一侧卷起的小尺度涡：由于上、下通道涡在中径处附近的共同诱导作用而产生。通过以上对模型的分析发现，由于叶顶间隙的存在，导致上半叶展区域流道内的涡系结构比下半叶展复杂的多，二次流引入的损失也相对更大，这些复杂流动之间的相互作用现象对下游流场乃至整个涡轮性能的影响更大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]深凹槽式涡轮叶顶间隙泄漏直列叶栅实验研究[J]. 崔涛,陈绍文,周治华,王晋声,王松涛,王仲奇. 工程热物理学报. 2015(09)
[2]等离子体流动控制研究进展与展望[J]. 吴云,李应红. 航空学报. 2015(02)
[3]端壁等离子体气动激励抑制高负荷压气机叶栅角区流动分离实验[J]. 赵勤,吴云,李应红,赵小虎,张海灯. 航空动力学报. 2013(09)
[4]Effect of Honeycomb Seals on Loss Characteristics in Shroud Cavities of an Axial Turbine[J]. GAO Jie,ZHENG Qun,WANG Zheng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013(01)
[5]高压涡轮转子间隙泄漏流动的非定常特征研究[J]. 王大磊,朴英,陈美宁. 航空动力学报. 2012(11)
[6]叶顶凹槽形态对动叶气动性能的影响[J]. 高杰,郑群. 航空学报. 2013(02)
[7]蜂窝密封流动特性的数值研究和泄漏量计算公式的构造[J]. 李志刚,李军,丰镇平. 机械工程学报. 2011(02)
[8]机匣喷气位置对涡轮间隙流动控制的影响[J]. 牛茂升,臧述升. 推进技术. 2009(05)
[9]具有静止顶部间隙透平叶栅气动特性的实验研究[J]. 黄洪雁,韩万金,王仲奇,侯建东. 汽轮机技术. 1997(04)
[10]具有叶顶间隙涡轮转子叶栅流动的拓扑及旋涡结构观测[J]. 黄洪雁,韩万金,王仲奇. 航空学报. 1997(03)
博士论文
[1]叶尖小翼控制涡轮叶栅间隙流动的研究[D]. 魏曼.大连海事大学 2016
[2]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
本文编号：3024508
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