在現(xiàn)代先進航空發(fā)動機中,需要大量的冷卻氣和封嚴氣來保證高壓渦輪安全工作。然而封嚴流在保證發(fā)動機正常工作的同時,會與渦輪通道內(nèi)的主流發(fā)生復(fù)雜的相互作用,進而對渦輪性能產(chǎn)生較大影響。渦輪輪緣封嚴流對主流流動特性及渦輪性能的影響成為渦輪精細化設(shè)計中必須考慮的重要問題。本文詳細分析了封嚴流對端區(qū)二次流結(jié)構(gòu)的影響以及封嚴流與主流之間的相互作用過程,揭示了高壓渦輪輪緣封嚴流與端區(qū)二次流相互作用機理。論文主要內(nèi)容如下:（1）開展了簡化封嚴結(jié)構(gòu)封嚴流與高壓渦輪端區(qū)二次流相互作用機理研究。以某典型高壓渦輪葉片為研究對象,采用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了三種不同簡化封嚴結(jié)構(gòu)對高壓渦輪葉片性能及端區(qū)二次流動的影響。重點討論了封嚴間隙位置、封嚴內(nèi)部腔體以及主流攻角變化對于封嚴結(jié)構(gòu)性能的影響,研究結(jié)果表明:封嚴內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于封嚴效率影響較大,復(fù)雜的封嚴結(jié)構(gòu)在增加封嚴效率的同時也會增大封嚴結(jié)構(gòu)內(nèi)部損失;封嚴出口結(jié)構(gòu)對于主流通道內(nèi)總壓損失影響較大,決定了封嚴回流渦和通道渦在流道內(nèi)的發(fā)展。研究同時發(fā)現(xiàn),當(dāng)封嚴流量較小時,封嚴回流渦會被卷吸融合到通道渦之中;而當(dāng)封嚴流量足夠大時,馬蹄渦的壓力面分支被顯著抑制,封嚴回... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１渦輪的焓熵圖１９１??對于渦輪內(nèi)部的主要氣動損失分類為：??

蹄渦壓力面分支與吸力面分支匯合之后形成的，吸收的動量較低的壁面邊界層流體。由于馬蹄通道渦的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)與馬蹄渦壓力面分支相同。大量低能流體的通道渦始終沿著葉片吸力面流卷吸主流流體、吸力面及端壁邊界層流體而發(fā)展。通道渦的發(fā)展主要受到前緣馬蹄渦壓力面道渦的存在使得靠近端壁處的流動過轉(zhuǎn)，靠近人１Ｕ１，Ｓｉｅｖｅｒｄｉｎｇ和Ｂｏｓｃｈｅ１１２１用煙跡顯不的方顯示了其發(fā)展過程。ＡｒｍｓｔｒｏｎｇＰｌ根據(jù)在葉柵柵圖，也為通道渦的存在提供了依據(jù)。隨后由Ｋｌｅｉ并存的漩渦模型。ＬａｎｇＳｔ〇ｎ［１５ｌ在１９８０年根據(jù)三顯示，提出了如下圖１．３所示的渦輪葉柵端區(qū)渦與通道渦存在密切的關(guān)系。Ｓｈａｒｍａ和Ｂｕｔｌｅｒ＾ｒｅｓ１１７１分別于１９８７和１９８８年提出了各自的二次

一?Ｐ咖￡細，?ａｍｃ一如飛廣??圖１．４?Ｓｈａｒｍａ和Ｂｕｔｌｅｒ提出的潤模式｜ｌｆ）｜圖１．５?Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ和Ｓｐｏｒｅｓ提出的禍模式１１７１??１．３．３誘導(dǎo)渦??壁面渦是由通道渦誘導(dǎo)而成，發(fā)生于通道渦的起始點，并伴隨通道渦的發(fā)??展向下游運動。壁面渦位于通道渦之上并且旋轉(zhuǎn)方向相反，雖然尺寸較小，但??渦的強度較大，對端區(qū)二次流損失影響較大ｎｓ｜。壁角渦分為兩種，一種是前緣??的壁角渦，一種是吸力面或壓力面與端壁交界位置的壁角渦。前緣的壁角渦是??伴隨著馬蹄渦生成時在葉片前緣壁角處誘導(dǎo)生成的。而吸力面、壓力面與端壁??交界的壁角處也會因為貼近壁面的橫向運動而形成誘導(dǎo)的壁角渦，其中強度最??大的是吸力面端壁附近的壁角渦，其旋轉(zhuǎn)方向與通道渦相反。一般情況下，壁??角渦只在葉片負荷足夠大，使得通道渦與葉片表面發(fā)生強烈相互作用時才會產(chǎn)??生。下圖１．６所示為王海平［１９１在高性能渦輪中利用多根煙絲以及激光照射進行??實驗提出的端壁二次流旋渦模型

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高壓渦輪封嚴冷氣對主流氣動性能的影響[J]. 張伸展,溫風(fēng)波,趙志奇,崔濤,王松濤.  航空動力學(xué)報. 2018(05)
[2]輪緣密封封嚴效率及結(jié)構(gòu)設(shè)計研究進展[J]. 李軍,程舒嫻,高慶,李志剛,晏鑫.  熱力透平. 2018(01)
[3]波浪形非均勻間隙封嚴結(jié)構(gòu)影響渦輪性能的數(shù)值模擬[J]. 張晶輝,馬宏偉.  航空動力學(xué)報. 2015(04)
[4]整級透平中轉(zhuǎn)靜輪緣封嚴問題研究PartⅡ:不同封嚴結(jié)構(gòu)的特性[J]. 吳康,任靜,蔣洪德.  工程熱物理學(xué)報. 2015(03)
[5]整級透平中轉(zhuǎn)靜輪緣封嚴問題研究PartⅠ:封嚴與入侵[J]. 吳康,任靜,蔣洪德,J Michael Owen.  工程熱物理學(xué)報. 2014(05)
[6]輪緣封嚴氣體對渦輪轉(zhuǎn)子性能影響的非定常數(shù)值研究(英文)[J]. 張晶輝,馬宏偉.  推進技術(shù). 2014(04)
[7]1.5級渦輪實驗臺前腔燃氣入侵實驗[J]. 張靈俊,羅翔,余鴻鵬,郭雋.  航空動力學(xué)報. 2013(12)
[8]渦輪輪緣密封非定常主流入侵特性的數(shù)值研究[J]. 陶加銀,高慶,宋立明,李軍.  西安交通大學(xué)學(xué)報. 2014(01)
[9]變馬赫數(shù)渦輪平面葉柵流場的實驗研究[J]. 鐘兢軍,高海洋,武卉,陸華偉,高洋,丁小娟,王東.  工程熱物理學(xué)報. 2013(01)
[10]渦輪封嚴氣體噴射角度變化對主流的影響研究[J]. 胡松林,劉火星,明磊.  燃氣渦輪試驗與研究. 2009(04)



本文編號：3462714