【摘要】：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?對(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)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)主流沖擊更弱。當(dāng)冷氣流量比增大到一定程度時(shí),在動(dòng)葉入口產(chǎn)生負(fù)攻角,而覆疊封嚴(yán)和加容腔的封嚴(yán)對(duì)應(yīng)的負(fù)攻角更小。綜合渦輪級(jí)總參數(shù)和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的細(xì)致分析,發(fā)現(xiàn)在所研究的封嚴(yán)冷氣流量比范圍內(nèi),覆疊封嚴(yán)和加容腔的封嚴(yán)對(duì)于渦輪主流氣動(dòng)性能的影響小于其他兩種封嚴(yán)結(jié)構(gòu),而對(duì)動(dòng)葉片的冷卻效果更好。封嚴(yán)結(jié)構(gòu)加容腔后,渦輪的氣動(dòng)性能變化不大。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK473

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