高壓渦輪輪緣封嚴(yán)冷氣對(duì)主流氣動(dòng)性能影響的數(shù)值研究.pdf

1、高壓渦輪主流通道的高溫氣體滲漏進(jìn)轉(zhuǎn)-靜子之間的輪盤(pán)腔會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率，且使得渦輪盤(pán)腔過(guò)熱導(dǎo)致不可控的輪盤(pán)變形和疲勞，輪緣封嚴(yán)是當(dāng)前針對(duì)這一問(wèn)題的主要方法，其作用是將壓氣機(jī)出來(lái)的壓縮冷氣引入到輪盤(pán)腔體中來(lái)防止高溫氣體進(jìn)入腔體同時(shí)冷卻輪盤(pán)。
　　本文針對(duì)某燃?xì)廨啓C(jī)渦輪的第一級(jí)動(dòng)靜葉，展開(kāi)了輪緣封嚴(yán)冷氣的特征參數(shù)（冷氣噴射角、冷氣流量比）等、以及封嚴(yán)縫隙的特征參數(shù)（軸向位置和軸向?qū)挾龋?duì)主流氣動(dòng)性能影響的研究。并在封嚴(yán)縫隙的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)

2、不同的封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，討論封嚴(yán)冷氣對(duì)主流氣動(dòng)性能的影響。通過(guò)UG造型得到三種典型的輪緣封嚴(yán)結(jié)構(gòu)：軸向封嚴(yán)、覆疊封嚴(yán)和帶容腔的封嚴(yán)，在ICEM中實(shí)現(xiàn)封嚴(yán)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分，在NUMECA中實(shí)現(xiàn)主流道網(wǎng)格的劃分，并利用ANSYS CFX14.5軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析和數(shù)值方法可靠性驗(yàn)證。
　　封嚴(yán)結(jié)構(gòu)的加入降低了渦輪級(jí)功率、動(dòng)葉效率，增大了靜葉總壓損失系數(shù)。封嚴(yán)冷氣射入主流后，沖擊主流邊界層內(nèi)的流體，使得

3、局部區(qū)域流體的流動(dòng)發(fā)生改變，主流在封嚴(yán)出口處發(fā)生流動(dòng)分離，影響靜葉和動(dòng)葉流道中通道渦的發(fā)展，造成動(dòng)葉端區(qū)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化并引起摻混損失。
　　針對(duì)本文的研究對(duì)象，數(shù)值計(jì)算的結(jié)果表明：封嚴(yán)冷氣對(duì)主流的影響主要體現(xiàn)在動(dòng)葉根部和吸力面。隨著封嚴(yán)冷氣流量比的增大，級(jí)功率、動(dòng)葉效率減小，靜葉總壓損失系數(shù)增大，動(dòng)葉根部負(fù)荷減小，做功能力變差，動(dòng)葉流道內(nèi)二次流影響范圍更大，主流的氣動(dòng)性能更差，但冷氣對(duì)主流的冷卻效果更好。而冷氣噴射角對(duì)主流的影響不

4、明顯。此外，封嚴(yán)縫隙距離動(dòng)葉前緣越遠(yuǎn)，寬度越窄，相應(yīng)的主流的氣動(dòng)性能越好；封嚴(yán)縫隙距離動(dòng)葉前緣越近，寬度越窄，相應(yīng)對(duì)主流的動(dòng)葉下端壁和吸力面的冷卻效果越好。
　　同一封嚴(yán)冷氣流量比，覆疊封嚴(yán)和加容腔的封嚴(yán)對(duì)應(yīng)的渦輪的氣動(dòng)性能更好，動(dòng)葉根部負(fù)荷更大。主流氣體向封嚴(yán)腔內(nèi)入侵在靜葉的壓力側(cè)較為明顯，隨著封嚴(yán)冷氣流量比的增大，主流向封嚴(yán)腔入侵的程度減弱。從覆疊封嚴(yán)和加容腔的封嚴(yán)中射入主流的冷氣更貼近壁面，在大冷氣流量比時(shí)，體現(xiàn)出對(duì)主流沖擊