本文關鍵詞：葉頂噴氣帶冠葉柵氣動性能的實驗和數(shù)值研究

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【摘要】：渦輪葉尖泄漏控制一直是研究的熱點問題,渦輪葉柵間隙泄漏流動對葉柵通道內(nèi)70%-100%葉高范圍內(nèi)的流動產(chǎn)生影響,由葉頂泄漏流產(chǎn)生的損失比重較大,超過整個葉柵總損失的30%,因此,控制間隙泄漏,減小間隙泄漏流流量對提升渦輪效率有著重要的意義。本文利用實驗探究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法來進行對比研究。實驗中對全圍帶帶噴氣葉柵、翼型圍帶帶噴氣葉柵、翼型圍帶密封齒帶噴氣葉柵三套實驗葉柵進行實驗研究。實驗測量是在低速矩形風洞實驗臺上進行,并利用錐形五孔探針測量葉柵尾緣后截面的總壓,靜壓及速度分布,并測量了相關氣流角分布。研究過程中利用ansys、cfx等三維流場模擬軟件對葉柵流場進行數(shù)值計算,并在計算結(jié)果中觀察間隙及流道內(nèi)渦系結(jié)構發(fā)展變化規(guī)律,速度流線分布,及尾緣總壓損失分布云圖,并與實驗結(jié)果比較研究。文章首先研究了全圍帶噴氣葉柵,與無圍帶渦輪葉柵相比,圍帶結(jié)構改變了葉頂約30%區(qū)域的流動特性,遏制了泄漏渦正常的發(fā)展變化。額外增設噴氣會影響間隙出口處泄漏流的流動方向,雖然噴氣導致泄漏渦尺寸增加,但噴氣有利于改善葉頂區(qū)域的總壓分布,并且,噴氣能夠有效地抑制主流氣體進入間隙。與常規(guī)無圍帶渦輪葉柵類似,帶冠噴氣葉柵中沖角變化僅對通道渦及尾緣渦有影響,泄漏渦渦系結(jié)構沖角適應性較差,主要是由于全圍帶渦輪葉柵中不存在傳統(tǒng)意義上的跨葉頂泄漏流。翼型噴氣圍帶的結(jié)構是在對照研究全圍帶葉柵氣動性能及圍帶對渦系結(jié)構影響的基礎上,重新研究設計的葉型結(jié)構。研究重點為噴氣對葉柵氣動性能的影響,而非葉型結(jié)構。翼型噴氣圍帶在一定程度上減小了葉柵總損失量,優(yōu)化了葉柵整體的氣動性能,但由于噴氣量為0.1%、0.2%、0.3%、0.5%四種相對主流流量客觀上流量較小,即使增大噴氣量,葉柵整體損失變化不大。因此,在直噴的條件下,噴氣量的變化葉柵整體效率影響不明顯。本文還深入研究了帶密封齒的翼型噴氣圍帶葉柵的性能,研究該結(jié)構葉柵間隙內(nèi)流場發(fā)展變化及對流道內(nèi)漩渦結(jié)構的影響。研究表明,密封齒結(jié)構明顯地改變了翼型圍帶葉柵的渦系結(jié)構,在減小泄漏渦的同時,顯著增大了主流道內(nèi)渦系結(jié)構的尺度和強度,但總體而言,密封齒結(jié)構能使葉柵總損失降低20%,并能有效的阻滯間隙泄漏,減弱泄漏損失對葉柵總體氣動性能的影響。帶密封齒葉柵氣動性能沖角適應性較好,這主要是密封齒葉柵的結(jié)構性因素消除了間隙內(nèi)氣流流動角度因素,在密封齒結(jié)構下,間隙泄漏流氣流偏轉(zhuǎn)角不再受限于流動慣性。
【關鍵詞】：渦輪葉柵 翼型圍帶 葉頂噴氣 氣動性能 損失 密封齒
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V231.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題來源9
• 1.2 課題研究背景及意義9-11
• 1.3 葉頂間隙泄漏控制方法11-17
• 1.3.2 間隙泄漏流的主動控制12-15
• 1.3.3 間隙泄漏流的被動控制15-16
• 1.3.4 多種間隙泄漏流動控制方法耦合16-17
• 1.4 間隙泄漏流動控制的發(fā)展趨勢17
• 1.5 本文的研究內(nèi)容17-19
• 第2章 實驗設備、數(shù)據(jù)測量及后處理19-34
• 2.1 實驗風洞介紹19-20
• 2.2 實驗葉型及測量參數(shù)20-25
• 2.2.1 實驗臺及原葉型參數(shù)20-21
• 2.2.2 實驗測量參數(shù)21-24
• 2.2.3 實驗所測各葉型參數(shù)24-25
• 2.3 實驗數(shù)據(jù)采集及處理設備25-30
• 2.3.2 數(shù)據(jù)采集終端及控制設備26-30
• 2.3.3 信號處理系統(tǒng)30
• 2.4 實驗數(shù)據(jù)后處理30-31
• 2.5 誤差分析31-34
• 第3章 渦輪葉柵全圍帶噴氣實驗及數(shù)值研究34-43
• 3.1 數(shù)值模擬34
• 3.2 計算公式34-35
• 3.3 節(jié)距平均及截面平均總壓損失35-36
• 3.4 測量截面上總壓損失云圖及二次流分布36-37
• 3.5 葉柵通道內(nèi)渦系演變規(guī)律37-39
• 3.6 沖角變化對帶冠噴氣葉柵氣動性能的影響39-41
• 3.7 小結(jié)41-43
• 第4章 渦輪葉柵翼型圍帶直噴的實驗及數(shù)值研究43-52
• 4.1 引言43
• 4.2 翼型圍帶噴氣與不噴氣實驗與數(shù)值結(jié)果對比43-46
• 4.3 沖角變化對翼型圍帶噴氣葉柵氣動性能的影響46-49
• 4.4 不同噴氣量下的對比研究49-51
• 4.5 小結(jié)51-52
• 第5章 翼型圍帶帶密封齒直噴的實驗及數(shù)值研究52-61
• 5.1 引言52
• 5.2 帶密封齒直噴葉柵的氣動性能52-54
• 5.3 帶密封齒直噴流道內(nèi)及泄漏渦渦系結(jié)構渦系結(jié)構發(fā)展規(guī)律54-57
• 5.4 沖角變化對氣動性能的影響57-59
• 5.5 噴氣流量變化對氣動性能的影響59-60
• 5.6 小結(jié)60-61
• 結(jié)論與展望61-63
• 參考文獻63-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文65-66
• 致謝66-67

【參考文獻】

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