航空發(fā)動機渦輪動葉與機匣之間通常會留有一定高度的間隙來防止兩者之間的摩擦,稱為葉尖間隙。主流氣體流過渦輪的過程中在葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)壓差作用下流過葉尖間隙,不僅會造成泄漏損失,還會在葉尖表面形成過高的熱負荷,引起嚴重的腐蝕和氧化,因此對葉尖形狀進行改進并設(shè)計葉尖冷卻是渦輪葉片研究的一個技術(shù)關(guān)鍵。突肩葉尖不僅可以允許更小的間隙高度,而且可以形成迷宮封嚴,從而減小間隙泄漏流量,進而使得間隙泄漏損失和換熱量減小,因此在工程上得到了廣泛的應用。本文以突肩葉尖為研究對象,對其間隙泄漏流動換熱特性開展了數(shù)值和實驗研究。主要的研究內(nèi)容及結(jié)論如下:1、數(shù)值研究了無氣膜冷卻突肩葉尖間隙泄漏流動換熱的形成機理,展示了間隙泄漏流場、間隙泄漏渦的發(fā)展以及葉尖表面壓力系數(shù)和換熱系數(shù)分布,并對其間隙泄漏流場進行了詳細劃分,分析了間隙高度、突肩高度和相對機匣運動對葉尖間隙泄漏流動換熱特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著間隙高度的增加,間隙泄漏流量增大,進而使得間隙泄漏損失增大,葉尖表面換熱系數(shù)增大;隨著突肩高度的增加,突肩對泄漏流的阻礙作用增大,間隙泄漏流量減小,間隙泄漏損失減小,葉尖表面換熱系數(shù)先增大后減小;相對機匣運... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省211工程院校

【文章頁數(shù)】：197 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

間隙泄漏流動示意圖

[1]（2004）圖1.2 平頂葉尖間隙泄漏流動模型[2]（2006）間隙泄漏流不僅不參與主流做功，而且在間隙內(nèi)具有粘性損失，流過間隙后又與主流摻混，這些因素都使其對渦輪氣動性能有著重大影響，渦輪中大約有三分之一的流動損失是由間隙泄漏流引起的，如圖 1.3 所示。Schaub 等人[3]（1993）認為在小型高壓渦輪中，動葉 45%的流動損失都是由間隙泄漏流動引起的。美國 GE 公司對 CF6-50 發(fā)動機的分析表明，其壓氣機與渦輪葉片葉尖間隙影響約占葉型與間隙密封總損失的 67%[4]。另外，研究表明在有效間隙高度內(nèi)，間隙高度每增加 1%

突肩葉尖間隙流動換熱的數(shù)值及實驗研究2圖1.3 渦輪級損失構(gòu)成[2]（2006）除氣動損失外，泄漏流還會使葉尖表面的熱負荷過大而遭受破環(huán)。泄漏流加速流入間隙時葉尖壓力側(cè)的邊界層很薄，從而使更多的熱量傳入葉片；泄漏流本身的高速混合會在很難冷卻的葉尖表面引起較高的熱負荷；泄漏流流出間隙引起的泄漏渦會沖擊葉片吸力面，使其表面的換熱系數(shù)很高。這些因素都使得葉尖及其附近區(qū)域長期處于高溫環(huán)境中，產(chǎn)生氧化和腐蝕，進而影響整個葉片的性能與壽命，特別是對高壓渦輪的第一級葉片。Bunker[6]（2006）研究表明葉尖的氣動損失和熱負荷隨著間隙高度增加而增大，如圖 1.4 所示。Sjolander 和Cao[7]（1995）認為間隙泄漏流動會使葉尖壓力邊出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，從而限制渦輪進口溫度的提高

【參考文獻】：
期刊論文
[1]凹槽狀葉頂渦輪葉片傳熱特性的數(shù)值研究[J]. 杜昆,宋立明,李軍.  推進技術(shù). 2014(05)
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[6]一種改進的軸流渦輪葉尖對泄漏流影響的數(shù)值研究[J]. 李偉,喬渭陽,許開富,羅華玲.  航空學報. 2008(05)
[7]渦輪葉尖鑲嵌肋條對泄漏流場的影響[J]. 李偉,喬渭陽,許開富,羅華鈴.  航空動力學報. 2008(08)
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本文編號：3626190