高压涡轮轮缘封严流与端区二次流相互作用机理研究
发布时间：2021-10-28 10:50
在现代先进航空发动机中,需要大量的冷却气和封严气来保证高压涡轮安全工作。然而封严流在保证发动机正常工作的同时,会与涡轮通道内的主流发生复杂的相互作用,进而对涡轮性能产生较大影响。涡轮轮缘封严流对主流流动特性及涡轮性能的影响成为涡轮精细化设计中必须考虑的重要问题。本文详细分析了封严流对端区二次流结构的影响以及封严流与主流之间的相互作用过程,揭示了高压涡轮轮缘封严流与端区二次流相互作用机理。论文主要内容如下:（1）开展了简化封严结构封严流与高压涡轮端区二次流相互作用机理研究。以某典型高压涡轮叶片为研究对象,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了三种不同简化封严结构对高压涡轮叶片性能及端区二次流动的影响。重点讨论了封严间隙位置、封严内部腔体以及主流攻角变化对于封严结构性能的影响,研究结果表明:封严内部结构对于封严效率影响较大,复杂的封严结构在增加封严效率的同时也会增大封严结构内部损失;封严出口结构对于主流通道内总压损失影响较大,决定了封严回流涡和通道涡在流道内的发展。研究同时发现,当封严流量较小时,封严回流涡会被卷吸融合到通道涡之中;而当封严流量足够大时,马蹄涡的压力面分支被显著抑制,封严回...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１涡轮的焓熵图１９１??对于涡轮内部的主要气动损失分类为：??
蹄涡压力面分支与吸力面分支汇合之后形成的，吸收的动量较低的壁面边界层流体。由于马蹄通道涡的旋转效应与马蹄涡压力面分支相同。大量低能流体的通道涡始终沿着叶片吸力面流卷吸主流流体、吸力面及端壁边界层流体而发展。通道涡的发展主要受到前缘马蹄涡压力面道涡的存在使得靠近端壁处的流动过转，靠近人１Ｕ１，Ｓｉｅｖｅｒｄｉｎｇ和Ｂｏｓｃｈｅ１１２１用烟迹显不的方显示了其发展过程。ＡｒｍｓｔｒｏｎｇＰｌ根据在叶栅栅图，也为通道涡的存在提供了依据。随后由Ｋｌｅｉ并存的漩涡模型。ＬａｎｇＳｔ〇ｎ［１５ｌ在１９８０年根据三显示，提出了如下图１．３所示的涡轮叶栅端区涡与通道涡存在密切的关系。Ｓｈａｒｍａ和Ｂｕｔｌｅｒ＾ｒｅｓ１１７１分别于１９８７和１９８８年提出了各自的二次
一?Ｐ咖￡細，?ａｍｃ一如飞广??图１．４?Ｓｈａｒｍａ和Ｂｕｔｌｅｒ提出的润模式｜ｌｆ）｜图１．５?Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ和Ｓｐｏｒｅｓ提出的祸模式１１７１??１．３．３诱导涡??壁面涡是由通道涡诱导而成，发生于通道涡的起始点，并伴随通道涡的发??展向下游运动。壁面涡位于通道涡之上并且旋转方向相反，虽然尺寸较小，但??涡的强度较大，对端区二次流损失影响较大ｎｓ｜。壁角涡分为两种，一种是前缘??的壁角涡，一种是吸力面或压力面与端壁交界位置的壁角涡。前缘的壁角涡是??伴随着马蹄涡生成时在叶片前缘壁角处诱导生成的。而吸力面、压力面与端壁??交界的壁角处也会因为贴近壁面的横向运动而形成诱导的壁角涡，其中强度最??大的是吸力面端壁附近的壁角涡，其旋转方向与通道涡相反。一般情况下，壁??角涡只在叶片负荷足够大，使得通道涡与叶片表面发生强烈相互作用时才会产??生。下图１．６所示为王海平［１９１在高性能涡轮中利用多根烟丝以及激光照射进行??实验提出的端壁二次流旋涡模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压涡轮封严冷气对主流气动性能的影响[J]. 张伸展,温风波,赵志奇,崔涛,王松涛. 航空动力学报. 2018(05)
[2]轮缘密封封严效率及结构设计研究进展[J]. 李军,程舒娴,高庆,李志刚,晏鑫. 热力透平. 2018(01)
[3]波浪形非均匀间隙封严结构影响涡轮性能的数值模拟[J]. 张晶辉,马宏伟. 航空动力学报. 2015(04)
[4]整级透平中转静轮缘封严问题研究PartⅡ:不同封严结构的特性[J]. 吴康,任静,蒋洪德. 工程热物理学报. 2015(03)
[5]整级透平中转静轮缘封严问题研究PartⅠ:封严与入侵[J]. 吴康,任静,蒋洪德,J Michael Owen. 工程热物理学报. 2014(05)
[6]轮缘封严气体对涡轮转子性能影响的非定常数值研究(英文)[J]. 张晶辉,马宏伟. 推进技术. 2014(04)
[7]1.5级涡轮实验台前腔燃气入侵实验[J]. 张灵俊,罗翔,余鸿鹏,郭隽. 航空动力学报. 2013(12)
[8]涡轮轮缘密封非定常主流入侵特性的数值研究[J]. 陶加银,高庆,宋立明,李军. 西安交通大学学报. 2014(01)
[9]变马赫数涡轮平面叶栅流场的实验研究[J]. 钟兢军,高海洋,武卉,陆华伟,高洋,丁小娟,王东. 工程热物理学报. 2013(01)
[10]涡轮封严气体喷射角度变化对主流的影响研究[J]. 胡松林,刘火星,明磊. 燃气涡轮试验与研究. 2009(04)
本文编号：3462714
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１涡轮的焓熵图１９１??对于涡轮内部的主要气动损失分类为：??
蹄涡压力面分支与吸力面分支汇合之后形成的，吸收的动量较低的壁面边界层流体。由于马蹄通道涡的旋转效应与马蹄涡压力面分支相同。大量低能流体的通道涡始终沿着叶片吸力面流卷吸主流流体、吸力面及端壁边界层流体而发展。通道涡的发展主要受到前缘马蹄涡压力面道涡的存在使得靠近端壁处的流动过转，靠近人１Ｕ１，Ｓｉｅｖｅｒｄｉｎｇ和Ｂｏｓｃｈｅ１１２１用烟迹显不的方显示了其发展过程。ＡｒｍｓｔｒｏｎｇＰｌ根据在叶栅栅图，也为通道涡的存在提供了依据。随后由Ｋｌｅｉ并存的漩涡模型。ＬａｎｇＳｔ〇ｎ［１５ｌ在１９８０年根据三显示，提出了如下图１．３所示的涡轮叶栅端区涡与通道涡存在密切的关系。Ｓｈａｒｍａ和Ｂｕｔｌｅｒ＾ｒｅｓ１１７１分别于１９８７和１９８８年提出了各自的二次
一?Ｐ咖￡細，?ａｍｃ一如飞广??图１．４?Ｓｈａｒｍａ和Ｂｕｔｌｅｒ提出的润模式｜ｌｆ）｜图１．５?Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ和Ｓｐｏｒｅｓ提出的祸模式１１７１??１．３．３诱导涡??壁面涡是由通道涡诱导而成，发生于通道涡的起始点，并伴随通道涡的发??展向下游运动。壁面涡位于通道涡之上并且旋转方向相反，虽然尺寸较小，但??涡的强度较大，对端区二次流损失影响较大ｎｓ｜。壁角涡分为两种，一种是前缘??的壁角涡，一种是吸力面或压力面与端壁交界位置的壁角涡。前缘的壁角涡是??伴随着马蹄涡生成时在叶片前缘壁角处诱导生成的。而吸力面、压力面与端壁??交界的壁角处也会因为贴近壁面的横向运动而形成诱导的壁角涡，其中强度最??大的是吸力面端壁附近的壁角涡，其旋转方向与通道涡相反。一般情况下，壁??角涡只在叶片负荷足够大，使得通道涡与叶片表面发生强烈相互作用时才会产??生。下图１．６所示为王海平［１９１在高性能涡轮中利用多根烟丝以及激光照射进行??实验提出的端壁二次流旋涡模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压涡轮封严冷气对主流气动性能的影响[J]. 张伸展,温风波,赵志奇,崔涛,王松涛. 航空动力学报. 2018(05)
[2]轮缘密封封严效率及结构设计研究进展[J]. 李军,程舒娴,高庆,李志刚,晏鑫. 热力透平. 2018(01)
[3]波浪形非均匀间隙封严结构影响涡轮性能的数值模拟[J]. 张晶辉,马宏伟. 航空动力学报. 2015(04)
[4]整级透平中转静轮缘封严问题研究PartⅡ:不同封严结构的特性[J]. 吴康,任静,蒋洪德. 工程热物理学报. 2015(03)
[5]整级透平中转静轮缘封严问题研究PartⅠ:封严与入侵[J]. 吴康,任静,蒋洪德,J Michael Owen. 工程热物理学报. 2014(05)
[6]轮缘封严气体对涡轮转子性能影响的非定常数值研究(英文)[J]. 张晶辉,马宏伟. 推进技术. 2014(04)
[7]1.5级涡轮实验台前腔燃气入侵实验[J]. 张灵俊,罗翔,余鸿鹏,郭隽. 航空动力学报. 2013(12)
[8]涡轮轮缘密封非定常主流入侵特性的数值研究[J]. 陶加银,高庆,宋立明,李军. 西安交通大学学报. 2014(01)
[9]变马赫数涡轮平面叶栅流场的实验研究[J]. 钟兢军,高海洋,武卉,陆华伟,高洋,丁小娟,王东. 工程热物理学报. 2013(01)
[10]涡轮封严气体喷射角度变化对主流的影响研究[J]. 胡松林,刘火星,明磊. 燃气涡轮试验与研究. 2009(04)
本文编号：3462714
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