發(fā)布時(shí)間：2021-11-13 14:23

　　本文采用數(shù)值方法對(duì)向心渦輪U型盤腔開展研究。在驗(yàn)證Orifice Model適用性的基礎(chǔ)之上,從模型的物理內(nèi)涵出發(fā),重新定義了反映燃?xì)馊肭謴?qiáng)度的參數(shù)δ。研究表明,恒轉(zhuǎn)速盤腔封嚴(yán)效率是關(guān)于入侵強(qiáng)度δ的單調(diào)遞減函數(shù),隨著δ降低密封效率增大,當(dāng)δ=2.7時(shí),封嚴(yán)效率可達(dá)到80%水平。進(jìn)口段長(zhǎng)度通過影響入侵強(qiáng)度參數(shù)值,進(jìn)而對(duì)封嚴(yán)效率產(chǎn)生影響。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn),Orifice Model中參數(shù)取值還應(yīng)取決于盤腔進(jìn)口段長(zhǎng)度,進(jìn)口段越長(zhǎng)最小封嚴(yán)流量值越小。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(11)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

圖３計(jì)算域及網(wǎng)格劃分示意圖（ｉ＝７１?ｍｍ）??Ｆｉｇ．?３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?ｄｏｍａｉｎｓ?ａｎｄ?ｇｒｉｄｓ??（２＝７１?ｍｍ）??表２邊界條件??Ｔａｂｌｅ?２?Ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??參數(shù)??數(shù)值??

２７０８??工程熱物理學(xué)報(bào)??４１卷??為定量描述封嚴(yán)效率ｅ與６關(guān)系，將入侵強(qiáng)度＜５無??量綱化，如式（１１）所示。其中，心．ｍｉｎ為最小封嚴(yán)流??量時(shí)所對(duì)應(yīng)的＜５值。??圖７為封嚴(yán)效率與５關(guān)系圖，其數(shù)據(jù)來源于??盤腔出口附近沿一條流線上的兩個(gè)點(diǎn)１、２。對(duì)于不??同的封嚴(yán)流量，為進(jìn)一步定量分析ｅ與Ｓ關(guān)系，對(duì)??計(jì)算結(jié)果進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如式（１２）所示，并在??圖７繪制其曲線，可以看出，隨著Ｊ增大，封嚴(yán)效率??降低。當(dāng)３＝２．７時(shí)，封嚴(yán)效率可達(dá)到８０％水平，這些??數(shù)據(jù)對(duì)盤腔封嚴(yán)設(shè)計(jì)具有重要意義。??氣流產(chǎn)生影響，如泵吸效應(yīng)、周向預(yù)旋等，因此在??設(shè)計(jì)時(shí)需考慮盤腔進(jìn)口封嚴(yán)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)燃?xì)馊肭值??影響。??Ｓｅａｌｉｎｇ?Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ??０．４０?０．４６?０．５２?０．５８?０．６４?０．７０?０．７６?０．８２?０．８８?０．９４?１．００??ｓ?＝?－〇．〇〇８５３?－?０．０２４４＾＋?１．０２９?（１２）??為解釋不同＾的封嚴(yán)效率差異原因，繪制速度??矢量與封嚴(yán)效率云圖進(jìn)行分析，如圖８所示。從動(dòng)??盤側(cè)泵出的封嚴(yán)流與主流泄漏的高溫燃?xì)庠诒P腔出??Ｕ附近摻混，摻混后的氣流部分流入盤腔造成高溫??燃?xì)馇秩氡P腔內(nèi)部，部分氣流流出盤腔并在盤腔出??口形成一渦系結(jié)構(gòu)。通過觀察后可發(fā)現(xiàn)當(dāng)＜５較小時(shí)，??即動(dòng)盤附近沿一條流線的壓差較小且旋轉(zhuǎn)比較大時(shí)，??盤腔出口的渦系結(jié)構(gòu)右移，有更少的主流進(jìn)入盤腔，??因此封嚴(yán)效率増大。??圖８盤腔出口處速度矢Ｍ與封嚴(yán)效率云圖??Ｆｉｇ．?８?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｎｄ?ｓｅａｌｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｃｏｎｔｏｕｒ?ａｔ??ｃａｖｉｔｙ?ｏｕｔｌｅｔ??圖

封嚴(yán)流與主流泄漏的高溫燃?xì)庠诒P腔出??Ｕ附近摻混，摻混后的氣流部分流入盤腔造成高溫??燃?xì)馇秩氡P腔內(nèi)部，部分氣流流出盤腔并在盤腔出??口形成一渦系結(jié)構(gòu)。通過觀察后可發(fā)現(xiàn)當(dāng)＜５較小時(shí)，??即動(dòng)盤附近沿一條流線的壓差較小且旋轉(zhuǎn)比較大時(shí)，??盤腔出口的渦系結(jié)構(gòu)右移，有更少的主流進(jìn)入盤腔，??因此封嚴(yán)效率増大。??圖８盤腔出口處速度矢Ｍ與封嚴(yán)效率云圖??Ｆｉｇ．?８?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｎｄ?ｓｅａｌｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｃｏｎｔｏｕｒ?ａｔ??ｃａｖｉｔｙ?ｏｕｔｌｅｔ??圖９是不同進(jìn)口長(zhǎng)度盤腔的入侵強(qiáng)度參數(shù)Ｓ隨??無量綱流董０變化圖。從圖中可以看出，在相同封??嚴(yán)流量下，ｉ＝７１?ｍｍ盤腔的入侵強(qiáng)度值Ｓ最小，因??此該形式盤腔在相同封嚴(yán)流量情況下燃?xì)馊肭肿钊酰??而ｉ＝１０?ｍｍ盤腔的入侵強(qiáng)度值Ｓ最大，對(duì)應(yīng)的燃?xì)??入侵現(xiàn)象最強(qiáng)。因此，在設(shè)計(jì)Ｕ型盤腔時(shí)需著重考??慮盤腔進(jìn)口段長(zhǎng)度對(duì)封嚴(yán)特性的影響。??ｄ??圖７封嚴(yán)效率與ｆ關(guān)系圖??Ｆｉｇ．?７?Ｓｅａｌｉｎｇ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｖｅｒｓｕｓ?Ｓ??圖９不同進(jìn)口長(zhǎng)度入侵強(qiáng)度參數(shù)對(duì)比圖??Ｆｉｇ．?９?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?＾ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｉｎｌｅｔ?ｌｅｎｇｔｈｓ??２．３基于入侵強(qiáng)度的盤腔進(jìn)口長(zhǎng)度分析??在軸流滴輪盤腔中，氣流多以垂直進(jìn)氣方式進(jìn)??入到渦輪盤腔中，此時(shí)進(jìn)口結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)封嚴(yán)持性影??響很小，因此前人并未考慮進(jìn)口結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)燃?xì)馊??侵影響。然而在向心渦輪Ｕ型盤腔結(jié)構(gòu)中，封嚴(yán)??流先在壓氣機(jī)側(cè)盤腔徑向內(nèi)流，之后通過喉道折轉(zhuǎn)??１８０°后再在渦輪側(cè)盤腔徑向外流．由此帶來的問題??是流道狹長(zhǎng)的徑向內(nèi)流段會(huì)對(duì)進(jìn)入到渦


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