航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪動(dòng)葉與機(jī)匣之間通常會(huì)留有一定高度的間隙來防止兩者之間的摩擦,稱為葉尖間隙。主流氣體流過渦輪的過程中在葉片壓力側(cè)和吸力側(cè)壓差作用下流過葉尖間隙,不僅會(huì)造成泄漏損失,還會(huì)在葉尖表面形成過高的熱負(fù)荷,引起嚴(yán)重的腐蝕和氧化,因此對(duì)葉尖形狀進(jìn)行改進(jìn)并設(shè)計(jì)葉尖冷卻是渦輪葉片研究的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。突肩葉尖不僅可以允許更小的間隙高度,而且可以形成迷宮封嚴(yán),從而減小間隙泄漏流量,進(jìn)而使得間隙泄漏損失和換熱量減小,因此在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。本文以突肩葉尖為研究對(duì)象,對(duì)其間隙泄漏流動(dòng)換熱特性開展了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:1、數(shù)值研究了無氣膜冷卻突肩葉尖間隙泄漏流動(dòng)換熱的形成機(jī)理,展示了間隙泄漏流場(chǎng)、間隙泄漏渦的發(fā)展以及葉尖表面壓力系數(shù)和換熱系數(shù)分布,并對(duì)其間隙泄漏流場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)劃分,分析了間隙高度、突肩高度和相對(duì)機(jī)匣運(yùn)動(dòng)對(duì)葉尖間隙泄漏流動(dòng)換熱特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著間隙高度的增加,間隙泄漏流量增大,進(jìn)而使得間隙泄漏損失增大,葉尖表面換熱系數(shù)增大;隨著突肩高度的增加,突肩對(duì)泄漏流的阻礙作用增大,間隙泄漏流量減小,間隙泄漏損失減小,葉尖表面換熱系數(shù)先增大后減小;相對(duì)機(jī)匣運(yùn)... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省211工程院校

【文章頁數(shù)】：197 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

間隙泄漏流動(dòng)示意圖

[1]（2004）圖1.2 平頂葉尖間隙泄漏流動(dòng)模型[2]（2006）間隙泄漏流不僅不參與主流做功，而且在間隙內(nèi)具有粘性損失，流過間隙后又與主流摻混，這些因素都使其對(duì)渦輪氣動(dòng)性能有著重大影響，渦輪中大約有三分之一的流動(dòng)損失是由間隙泄漏流引起的，如圖 1.3 所示。Schaub 等人[3]（1993）認(rèn)為在小型高壓渦輪中，動(dòng)葉 45%的流動(dòng)損失都是由間隙泄漏流動(dòng)引起的。美國 GE 公司對(duì) CF6-50 發(fā)動(dòng)機(jī)的分析表明，其壓氣機(jī)與渦輪葉片葉尖間隙影響約占葉型與間隙密封總損失的 67%[4]。另外，研究表明在有效間隙高度內(nèi)，間隙高度每增加 1%

突肩葉尖間隙流動(dòng)換熱的數(shù)值及實(shí)驗(yàn)研究2圖1.3 渦輪級(jí)損失構(gòu)成[2]（2006）除氣動(dòng)損失外，泄漏流還會(huì)使葉尖表面的熱負(fù)荷過大而遭受破環(huán)。泄漏流加速流入間隙時(shí)葉尖壓力側(cè)的邊界層很薄，從而使更多的熱量傳入葉片；泄漏流本身的高速混合會(huì)在很難冷卻的葉尖表面引起較高的熱負(fù)荷；泄漏流流出間隙引起的泄漏渦會(huì)沖擊葉片吸力面，使其表面的換熱系數(shù)很高。這些因素都使得葉尖及其附近區(qū)域長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境中，產(chǎn)生氧化和腐蝕，進(jìn)而影響整個(gè)葉片的性能與壽命，特別是對(duì)高壓渦輪的第一級(jí)葉片。Bunker[6]（2006）研究表明葉尖的氣動(dòng)損失和熱負(fù)荷隨著間隙高度增加而增大，如圖 1.4 所示。Sjolander 和Cao[7]（1995）認(rèn)為間隙泄漏流動(dòng)會(huì)使葉尖壓力邊出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，從而限制渦輪進(jìn)口溫度的提高

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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