變參數(shù)蜂窩葉頂對渦輪葉柵頂部間隙泄漏流動的影響
發(fā)布時間：2021-02-08 20:45
航空燃氣輪機正向著高推重比和低耗油率的高性能趨勢發(fā)展,高負荷、高效率、低級數(shù)、小尺寸的渦輪才能滿足現(xiàn)代航空發(fā)動機的發(fā)展需求。因此為了提高燃氣渦輪的整體性能從根源入手,提高單個渦輪葉片的性能,減小其做功過程中產(chǎn)生的能量損失是非常具有深入研究意義的。氣體在渦輪葉柵流道內(nèi)的流動是極其復雜的,氣流流經(jīng)渦輪流道,將其極高的焓變轉(zhuǎn)化為動能再轉(zhuǎn)化為機械功,在這個過程中由于氣流在旋轉(zhuǎn)機械內(nèi)復雜結構中流動,會產(chǎn)生一系列的二次流損失,其中葉頂間隙內(nèi)的潛流現(xiàn)象引起的泄漏損失會明顯導致渦輪葉片做功能力的下降和效率下降,從而對渦輪的整機效率也產(chǎn)生了負面影響。本課題的目的就是通過數(shù)值計算的途徑針對單個渦輪直葉柵葉尖產(chǎn)生的間隙泄漏流動現(xiàn)象的一種控制方法進行研究。首先采用一種特定結構的直蜂窩葉頂?shù)谋粍恿鲃涌刂剖侄我种迫~頂間隙泄漏現(xiàn)象,并分析這種控制方法的作用機理,發(fā)現(xiàn)蜂窩葉頂泄漏渦被削弱,通道渦渦核上移,氣動損失減小。而后探究葉頂蜂窩腔的不同深度對于葉頂間隙泄漏流動的影響規(guī)律,結果顯示當葉頂蜂窩的深度為1%相對葉高時,泄漏抑制效果最佳,間隙泄漏量相對平頂下降了10.96%。最后在此蜂窩參數(shù)的基礎上對傾斜蜂窩的葉頂結構...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Hawthorne渦結構模型
哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文，Ns為分離結點，SL為分離線，自此出發(fā)形成一個呈片狀的游發(fā)展。圖中 CSV(Corner separation vortex)表示的是角區(qū)集所描述的片狀尾緣分離渦與角區(qū)分離區(qū)內(nèi)的流體共同作用從吸力面脫落的螺旋渦，這一現(xiàn)象在葉片吸力面表面靠近流現(xiàn)象產(chǎn)生。
哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文形成鞍點 Sc，流線從鞍點分為兩個分支，一條為 ScNt'沿吸力邊發(fā)展，對應葉頂脫落渦；另一條 ScNu'在吸力面上向葉根方向斜行，對應上通道渦。從上端壁流動圖譜中能看到兩條明顯流線，一條是吸力邊上產(chǎn)生并向下游發(fā)展在的分離線 Ls，另一條是壓力邊附近的再附線 Lr。綜上，推理得到的葉柵出口截面渦結構如圖 1-4，其中包括了① 泄漏渦：泄漏流體與端壁橫向流動共同作用而產(chǎn)生；②上通道渦：上端壁一側(cè)的橫向流體卷吸運動而產(chǎn)生；③下通道渦：下端壁一側(cè)的橫向流體卷吸運動而產(chǎn)生；④端部脫落渦：流體流經(jīng)葉片表面后脫落而產(chǎn)生；⑤吸力面一側(cè)卷起的小尺度渦：由于上、下通道渦在中徑處附近的共同誘導作用而產(chǎn)生。通過以上對模型的分析發(fā)現(xiàn)，由于葉頂間隙的存在，導致上半葉展區(qū)域流道內(nèi)的渦系結構比下半葉展復雜的多，二次流引入的損失也相對更大，這些復雜流動之間的相互作用現(xiàn)象對下游流場乃至整個渦輪性能的影響更大。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]深凹槽式渦輪葉頂間隙泄漏直列葉柵實驗研究[J]. 崔濤,陳紹文,周治華,王晉聲,王松濤,王仲奇. 工程熱物理學報. 2015(09)
[2]等離子體流動控制研究進展與展望[J]. 吳云,李應紅. 航空學報. 2015(02)
[3]端壁等離子體氣動激勵抑制高負荷壓氣機葉柵角區(qū)流動分離實驗[J]. 趙勤,吳云,李應紅,趙小虎,張海燈. 航空動力學報. 2013(09)
[4]Effect of Honeycomb Seals on Loss Characteristics in Shroud Cavities of an Axial Turbine[J]. GAO Jie,ZHENG Qun,WANG Zheng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013(01)
[5]高壓渦輪轉(zhuǎn)子間隙泄漏流動的非定常特征研究[J]. 王大磊,樸英,陳美寧. 航空動力學報. 2012(11)
[6]葉頂凹槽形態(tài)對動葉氣動性能的影響[J]. 高杰,鄭群. 航空學報. 2013(02)
[7]蜂窩密封流動特性的數(shù)值研究和泄漏量計算公式的構造[J]. 李志剛,李軍,豐鎮(zhèn)平. 機械工程學報. 2011(02)
[8]機匣噴氣位置對渦輪間隙流動控制的影響[J]. 牛茂升,臧述升. 推進技術. 2009(05)
[9]具有靜止頂部間隙透平葉柵氣動特性的實驗研究[J]. 黃洪雁,韓萬金,王仲奇,侯建東. 汽輪機技術. 1997(04)
[10]具有葉頂間隙渦輪轉(zhuǎn)子葉柵流動的拓撲及旋渦結構觀測[J]. 黃洪雁,韓萬金,王仲奇. 航空學報. 1997(03)
博士論文
[1]葉尖小翼控制渦輪葉柵間隙流動的研究[D]. 魏曼.大連海事大學 2016
[2]自發(fā)射流抑制渦輪葉頂間隙泄漏研究[D]. 胡建軍.燕山大學 2014
本文編號：3024508
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
Hawthorne渦結構模型
哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文，Ns為分離結點，SL為分離線，自此出發(fā)形成一個呈片狀的游發(fā)展。圖中 CSV(Corner separation vortex)表示的是角區(qū)集所描述的片狀尾緣分離渦與角區(qū)分離區(qū)內(nèi)的流體共同作用從吸力面脫落的螺旋渦，這一現(xiàn)象在葉片吸力面表面靠近流現(xiàn)象產(chǎn)生。
哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文形成鞍點 Sc，流線從鞍點分為兩個分支，一條為 ScNt'沿吸力邊發(fā)展，對應葉頂脫落渦；另一條 ScNu'在吸力面上向葉根方向斜行，對應上通道渦。從上端壁流動圖譜中能看到兩條明顯流線，一條是吸力邊上產(chǎn)生并向下游發(fā)展在的分離線 Ls，另一條是壓力邊附近的再附線 Lr。綜上，推理得到的葉柵出口截面渦結構如圖 1-4，其中包括了① 泄漏渦：泄漏流體與端壁橫向流動共同作用而產(chǎn)生；②上通道渦：上端壁一側(cè)的橫向流體卷吸運動而產(chǎn)生；③下通道渦：下端壁一側(cè)的橫向流體卷吸運動而產(chǎn)生；④端部脫落渦：流體流經(jīng)葉片表面后脫落而產(chǎn)生；⑤吸力面一側(cè)卷起的小尺度渦：由于上、下通道渦在中徑處附近的共同誘導作用而產(chǎn)生。通過以上對模型的分析發(fā)現(xiàn)，由于葉頂間隙的存在，導致上半葉展區(qū)域流道內(nèi)的渦系結構比下半葉展復雜的多，二次流引入的損失也相對更大，這些復雜流動之間的相互作用現(xiàn)象對下游流場乃至整個渦輪性能的影響更大。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]深凹槽式渦輪葉頂間隙泄漏直列葉柵實驗研究[J]. 崔濤,陳紹文,周治華,王晉聲,王松濤,王仲奇. 工程熱物理學報. 2015(09)
[2]等離子體流動控制研究進展與展望[J]. 吳云,李應紅. 航空學報. 2015(02)
[3]端壁等離子體氣動激勵抑制高負荷壓氣機葉柵角區(qū)流動分離實驗[J]. 趙勤,吳云,李應紅,趙小虎,張海燈. 航空動力學報. 2013(09)
[4]Effect of Honeycomb Seals on Loss Characteristics in Shroud Cavities of an Axial Turbine[J]. GAO Jie,ZHENG Qun,WANG Zheng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013(01)
[5]高壓渦輪轉(zhuǎn)子間隙泄漏流動的非定常特征研究[J]. 王大磊,樸英,陳美寧. 航空動力學報. 2012(11)
[6]葉頂凹槽形態(tài)對動葉氣動性能的影響[J]. 高杰,鄭群. 航空學報. 2013(02)
[7]蜂窩密封流動特性的數(shù)值研究和泄漏量計算公式的構造[J]. 李志剛,李軍,豐鎮(zhèn)平. 機械工程學報. 2011(02)
[8]機匣噴氣位置對渦輪間隙流動控制的影響[J]. 牛茂升,臧述升. 推進技術. 2009(05)
[9]具有靜止頂部間隙透平葉柵氣動特性的實驗研究[J]. 黃洪雁,韓萬金,王仲奇,侯建東. 汽輪機技術. 1997(04)
[10]具有葉頂間隙渦輪轉(zhuǎn)子葉柵流動的拓撲及旋渦結構觀測[J]. 黃洪雁,韓萬金,王仲奇. 航空學報. 1997(03)
博士論文
[1]葉尖小翼控制渦輪葉柵間隙流動的研究[D]. 魏曼.大連海事大學 2016
[2]自發(fā)射流抑制渦輪葉頂間隙泄漏研究[D]. 胡建軍.燕山大學 2014
本文編號：3024508
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