針對SNECMA公司的跨聲速實(shí)驗(yàn)渦輪裝置,建立了單流道無冠葉柵三維CFD計(jì)算模型,通過求解定常RANS方程,研究了4種葉頂區(qū)域結(jié)構(gòu)（平板葉頂-標(biāo)準(zhǔn)機(jī)匣、凹槽葉頂-標(biāo)準(zhǔn)機(jī)匣、平板葉頂-臺階機(jī)匣和凹槽葉頂-臺階機(jī)匣）下,葉頂泄漏流及其與主流的摻混效應(yīng)對渦輪氣動性能和葉頂間隙激振力的影響。結(jié)果表明:葉頂間隙較大時(shí),凹槽葉頂-標(biāo)準(zhǔn)機(jī)匣結(jié)構(gòu)的等熵效率最大,采用臺階機(jī)匣結(jié)構(gòu)會使等熵效率下降;葉片切向力隨葉頂間隙的增加先增大后減小,其中平板葉頂-標(biāo)準(zhǔn)機(jī)匣結(jié)構(gòu)的葉片切向力最大且變化相對平穩(wěn);葉頂泄漏流對99%葉高、約67%軸向弦長處吸力面的靜壓分布有顯著影響,葉頂間隙增加會使該區(qū)域靜壓下降,導(dǎo)致葉片切向力增大;平板葉頂-標(biāo)準(zhǔn)機(jī)匣結(jié)構(gòu)的穿越間隙較大,力敏感度系數(shù)較小,促進(jìn)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運(yùn)動的葉頂間隙區(qū)間較大,有利于轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定運(yùn)行。文中還分析了葉頂間隙激振力的產(chǎn)生機(jī)理及其特性,可為優(yōu)化葉頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和減小葉頂間隙激振提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,54(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

SNECMA RS1S葉柵三維計(jì)算模型結(jié)構(gòu)示意圖

本文采用SST湍流模型，其對近壁面流動具有良好的預(yù)測和較高的計(jì)算精度[10,17]。利用ICEM軟件為計(jì)算域生成分塊結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格，并優(yōu)化近壁面網(wǎng)格高度使y+保持在0.4～2之間，如圖2所示。表3給出了網(wǎng)格數(shù)為0.63×106、1.27×106和2.43×106的3組網(wǎng)格分別對應(yīng)的葉片切向力和質(zhì)量流量。相對于0.63×106的網(wǎng)格，1.27×106和2.43×106這兩組網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果更加接近且已基本一致，達(dá)到網(wǎng)格無關(guān)性要求。因此，為了滿足計(jì)算準(zhǔn)確性的需求，本文采用網(wǎng)格數(shù)為1.27×106的模型開展數(shù)值計(jì)算。

對比CFD計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果[16],CFD計(jì)算結(jié)果在壓力面上與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為吻合，但在吸力面及靠近后緣處，CFD計(jì)算結(jié)果明顯低于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這是由于在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)總壓降低、靜壓升高，但實(shí)驗(yàn)設(shè)備處于高速工況，測量數(shù)據(jù)的持續(xù)時(shí)間極短，因此不可避免地導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果高于計(jì)算結(jié)果[10]。根據(jù)后文的結(jié)果分析，CFD計(jì)算結(jié)果也捕捉到了葉頂間隙處的跨聲速現(xiàn)象，綜合來看，所建立的數(shù)值模型可以通過驗(yàn)證。2 計(jì)算結(jié)果分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]動葉葉頂迷宮刷式密封的透平級氣動性能研究[J]. 馬登騫,張?jiān)獦?李軍,李志剛,晏鑫.  西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(11)
[2]弧形端壁造型對不帶冠渦輪氣動性能的影響[J]. 查小暉,鄭群,高杰,王威,于雷,劉鵬.  推進(jìn)技術(shù). 2014(06)

博士論文
[1]船用燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉頂間隙泄漏流動及控制技術(shù)研究[D]. 高杰.哈爾濱工程大學(xué) 2014



本文編號：3547876