帶翼型圍帶渦輪葉柵氣動性能數(shù)值與實驗研究.pdf

1、燃氣輪機作為一種能源轉(zhuǎn)換和傳遞裝置，已經(jīng)在各行業(yè)重要工業(yè)部門得到應(yīng)用。在其核心部件渦輪中，葉頂間隙泄漏流動會帶來兩方面的影響:一是減少了流經(jīng)葉片通道做功氣體的流量，使渦輪輸出功降低;二是泄漏流體在間隙內(nèi)發(fā)生摻混及離開間隙后與主流相互作用會惡化渦輪葉柵的氣動性能。因此，控制渦輪葉頂間隙泄漏流動是改善渦輪葉柵流場結(jié)構(gòu)、減少氣動損失、提高渦輪機整體效率的有效手段。
　　本文在現(xiàn)有控制間隙泄漏的葉頂結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)計了一種新型葉頂結(jié)構(gòu)-翼型圍

2、帶。以此翼型圍帶為主要研究對象，開展了多組風(fēng)洞實驗和數(shù)值仿真研究工作。對平面渦輪葉柵進行風(fēng)洞吹風(fēng)實驗，測量了柵后截面的氣動參數(shù)以及葉表靜壓分布。利用數(shù)值模擬方法詳細分析了葉柵內(nèi)渦系結(jié)構(gòu)變化及損失分布。
　　本文首先采用數(shù)值方法開展了帶四種不同寬度全周小翼的渦輪葉柵氣動性能對比研究，結(jié)果表明:隨著寬度的增加，由各漩渦引起的損失均有所降低。增加寬度對葉柵氣動性能的改善效果不顯著。綜合考慮流場結(jié)構(gòu)和小翼幾何結(jié)構(gòu)特征，確定了最佳寬度。

3、r>　　在上述優(yōu)選小翼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了三種具有不同軸向位置部分圍帶的翼型圍帶，并數(shù)值對比研究了三者的氣動性能。結(jié)果表明:相比于其它兩種翼型圍帶，部分圍帶位于0.5Cax處的翼型圍帶明顯的抑制了泄漏渦的生成與發(fā)展，從而顯著降低了葉柵內(nèi)氣動損失和跨葉頂泄漏量，因此確定其為最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
　　其次采用數(shù)值與實驗相結(jié)合的方法詳細分析了上述最優(yōu)結(jié)構(gòu)對葉柵氣動性能的影響及其變沖角特性。結(jié)果表明:相比于全周小翼，翼型圍帶抑制了上通道渦和葉頂分離

4、泡的形成，降低了上通道渦和尾緣渦的強度，降低了跨葉頂泄漏量，進而降低了泄漏渦的強度;在實驗研究的沖角范圍內(nèi)，上通道渦和上尾緣渦的強度隨沖角的增大而增強，泄漏渦對沖角的變化不敏感，總體損失隨著沖角的減小而降低，適當(dāng)負沖角可降低氣動損失;當(dāng)沖角小于一定值時，氣動損失反而增加。
　　然后開展了翼型圍帶寬度對葉柵性能影響的實驗以及數(shù)值模擬工作。結(jié)果表明:翼型圍帶寬度的增加對葉柵內(nèi)各渦系結(jié)構(gòu)影響不大，寬度的增加對葉柵氣動性能有一定積極作用，