多参数对叶顶气膜冷却的影响

基于压力敏感漆(PSP)实验技术,本文研究了某F级重型燃机一级动叶平面叶顶和凹槽叶顶在不同冷却射流与主流质量流量比,不同密度比和不同叶顶间隙大小等多参数影响下的气膜冷却特性。平面叶顶冷却射流在气膜孔后往吸力面覆盖,凹槽叶顶在槽内形成回旋涡,冷却射流往压力面覆盖并向尾缘形成累积效应。平面叶顶和凹槽叶顶气膜冷却效率均随质量流量比的增大而增大。密度比增大,冷却射流出口动量减小,抑制了叶顶气膜垂直射流的吹离趋势,从而提高气膜冷却效果。叶顶间隙与叶顶形状、质量流量比等参数对气膜冷却效率有关联影响;间隙增大,气膜冷却效率在不同工况下的表现不同。另外凹槽叶顶的整体气膜冷却效果优于同等条件的平面叶顶。     

叶顶和外环喷气对叶尖区域换热特性的影响

以GE-E3高压涡轮的第一级动叶为研究对象,采用数值求解RANS方程方法研究叶顶冷气喷射、外环冷气及两者同时冷却对叶顶和外环的换热特性的影响。结果表明：相较于无冷却的凹槽叶尖,外环和叶顶两者同时冷气喷射使得凹槽底部平均换热系数的峰值点沿轴向后移至15% C_ax位置处,使得凹槽的槽底最大换热系数降低17.2%。单一外环喷气对降低平顶叶尖的叶顶和外环的换热系数效果最佳,但是平顶叶尖的叶顶区域和外环区域的热负荷的降低依赖于不同的冷却方式。而叶顶和外环两者同时喷气的冷却方式对凹槽叶尖的冷却最为稳定,对抑制叶顶和外环两区域的对流换热系数和热载荷方面均表现最好。     

涡轮叶顶泄漏控制研究进展

通过归纳国内外涡轮叶顶泄漏控制研究,总结了轴流、向心涡轮采用的叶顶泄漏控制方法及取得的研究进展,分析了不同控制方法的特点和不足,最后对涡轮叶顶泄漏控制方法的发展趋势进行了展望。目前,带冠轴流涡轮叶顶泄漏控制方法除了传统的迷宫密封,还有蜂窝密封、干气密封等;不带冠轴流涡轮控制方法种类较多,可细分为主动控制方法和被动控制方法;开式和半开式向心涡轮控制方法目前仅有叶型优化和机匣开槽;闭式向心涡轮控制方法较为单一,以迷宫密封为主。轴流涡轮中多种泄漏控制方法耦合具有较好的应用前景;开式和半开式向心涡轮中综合有效的叶顶泄漏控制方法,以及闭式向心涡轮轮盖空腔非设计工况和非定常工况下的泄漏特性有待进一步研究。     

间隙高度对涡轮叶顶间隙流动的影响

叶顶间隙流动是导致涡轮动叶中产生流动损失的主要原因之一.对某动力涡轮第一级内三维流动的数值计算结果表明,流体在经过动叶叶顶间隙以后在约25%叶顶轴向弦长处(τ=3mm)在叶顶与吸力边夹角处卷起形成间隙涡,造成流动阻塞,同时在间隙内叶片顶部10%叶顶轴向弦长处(τ=3mm)开始在压力边出现叶顶分离涡,使得间隙流动损失增加.随着间隙高度增大,通过间隙的流量增加,间隙涡形成位置后移,间隙涡、叶顶分离涡尺寸变大,在流道内影响范围增大,导致流动损失变大.     

凹槽叶顶冷气射流对涡轮叶尖泄漏流动的影响

涡轮叶尖泄漏流动对涡轮通道内流动损失有着显著影响,叶顶冷气射流对控制叶尖泄漏流动和改善涡轮叶尖气热性能有重要意义。本文利用数值模拟方法,研究了叶顶冷气喷射位置和喷射流量对高压涡轮凹槽叶顶间隙泄漏流动控制的影响。文中重点分析了泄漏流动结构及涡轮气动效率的变化,探讨了冷气对刮削涡这一间隙内主控流动结构演化的影响。研究表明,冷气孔位置的变化对间隙内刮削涡的演化造成了一定影响,但并未造成涡轮整体效率的较大变化;而冷气喷射流量不仅影响到刮削涡结构演化,而且导致了涡轮级效率近0.5%的变化。     

涡轮叶顶冷却布置对叶顶传热冷却性能的影响

本文采用数值模拟的方法,对比分析了1+1/2对转涡轮四种不同的叶顶冷却布置方案对叶顶传热、冷却性能以及气动特性的影响。四种布置方案分别是:靠近压力面垂直叶顶方向、靠近压力面且与叶顶有30°出射角、中弧线位置垂直叶顶方向、中弧线位置有30°出射角。研究表明,气膜孔沿压力面布置与气膜孔沿中弧线布置相比可以降低叶顶传热系数;由于气膜孔倾斜布置气膜射流动量降低,且削弱了肾形涡的影响,气膜的侧向覆盖范围增大。因此气膜孔靠近压力面布置可以提高气膜冷却效率;气膜孔靠近压力面且有30°出射角比垂直布置叶顶热负荷减少2.7%。另外,气膜孔靠近压力面布置可以降低主流的泄漏流量,有利于减小泄漏损失和提高涡轮效率。     

凹槽叶顶非定常间隙泄漏流动和传热的数值研究

应用数值方法研究了燃气透平中凹槽状叶顶非定常泄漏流动和传热问题.计算采用GE-E3发动机高压透平第一级动叶,叶顶间隙高度取1%叶高,叶顶凹槽深度取2%叶高.通过施加非定常边界条件模拟上游静叶尾迹,分析了非定常流动对动叶叶顶传热的影响.结果表明,叶顶附近的流场波动主要出现在叶顶前部及尾缘附近.叶顶凹槽底部传热系数变化主要出现在凹槽前部.定常计算获得的叶顶面积平均传热系数与非定常计算的时均结果相差很小.     

周向弯曲低压轴流风机叶顶泄漏流动数值研究

本文采用数值模拟的方法,对三种带有周向弯曲叶片的低压轴流通风机(原型叶轮、周向前弯及后弯叶轮)的叶顶泄漏流动进行了研究。在数值计算与试验测量结果较为吻合的条件下,从流场和压力场等不同角度分析探讨了叶片周向弯曲后,叶顶泄漏流动和泄漏涡的形成和发展规律。数值计算结果表明,叶顶周向前弯加剧了泄漏涡与主流的掺混;周向后弯叶轮比前弯叶轮有助于减弱叶顶泄漏流动;强度大、衰减慢的泄漏涡,降低了叶顶的通流能力,同时与主流的掺混加剧也增大了叶轮的端部损失;此外,顶部间隙高度的增加,泄漏流动加强,旋涡的起始点更靠近叶片后缘。     

加环控制轴流风机叶顶间隙的分析与试验

轴流风机叶顶间隙复杂流动情况直接影响风机性能,本文以一款弯掠叶片轴流风机为研究对象,采用叶顶加环结构改变风机叶顶间隙。研究了叶顶加环对该风机性能的影响。对加环前后的轴流风机整机模型进行了稳态三维流场计算,给出了叶顶加环在不同工况下对风机内部流场的影响的细节,并对计算结果进行了实验验证。结果表明,采用叶顶加环的方法来改变叶顶间隙,能够有效地提升风机的全压以及全压效率。在设计工况下,加环结构有益于抑制叶顶间隙涡的形成。在偏大流量下,加环结构能有效减小叶顶间隙涡。对所加钢板环形成的冲击损失做了定性分析,结果显示,随着流量增大,冲击损失增加。     

跨音风扇顶部激波、泄漏流作用的数值研究

本文针对一小展弦比、大稠度带有串列静叶的现代小型跨音速风扇级,采用数值模拟的方法研究了动叶顶部间隙大小对风扇转子设计点性能的影响.分别对动叶顶部相对间隙大小为0%、0.132%、0.396%、0.66%,1.32%五种情况进行了数值模拟.计算结果表明,随着动叶叶顶间隙的增加,风扇性能变化显著.动叶顶部间隙对跨音速风扇顶部激波、激波边界层相互作用都会产生影响.叶顶区域的阻塞与高损失与叶顶间隙的大小,泄漏流的强弱有着十分密切的联系.     

扇形叶栅叶尖间隙流动及其对叶尖换热的影响

本文通过在水槽中用粒子示踪的方法，利用最新的ＰＩＶ技术对扇形叶栅叶尖间隙泄漏流进行了定量流动显示。同时在风洞中利用萘升华传质模拟传热技术，研究了叶尖间隙区的局部换热特性结果表明泄漏流的流动特性与间隙大小、进口Ｒｅ数、攻角等密切相关，并直接影响叶尖的换热特性。     

加载形式对涡轮叶尖泄漏损失的影响

本文通过改变90%叶高截面叶型的安装角和厚度分布获得了不同的加载形式,并采用数值模拟方法对比分析了加载形式对叶尖泄漏流动和损失的影响。结果表明,叶尖加载形式影响了泄漏流的流量和法向/流向速度差沿轴向的分布,进而影响泄漏流动损失。随着叶尖负荷向前缘移动,叶尖泄漏总流量增大,当泄漏量和动量差沿轴向分布相对均匀,当地峰值减小,叶中附近所占比重增加;在泄漏量与动量差共同作用下,泄漏涡卷起位置向上游移动,但与主流掺混强度减弱,损失减小;采用均匀加载和前加载形式能有效降低泄漏流与主流的动量差,减小泄漏损失,提高涡轮性能。     

基于Kriging代理模型的DBD等离子体控制叶顶泄漏流动研究

本文采用数值方法研究了布置于涡轮动叶叶顶的多个等离子体激励器组合对间隙泄漏流动的影响。结果表明:不同的极板数目和位置组合对间隙泄漏流量有着十分明显的影响。在叶顶沿吸力边布置等离子体激励器的最佳位置在大约55%S/Sps处,布置相同数目的等离子体激励器,在靠近尾缘处的控制效果要远好于在前缘附近的控制效果;等离子体激励器在叶顶靠近吸力边处产生诱导涡,阻碍了间隙内流体的流动,使泄漏流体的速度降低。同时还会使得分离泡的破碎提前,有利于减小掺混损失;对泄漏流动的控制效果不会随着等离子体极板数增加而持续增强,而存在一定限度,最优布置方式的泄漏流量较原型下降约46%,相应的出口截面能量损失下降了15.7%。     

吸力面小翼对扩压叶栅间隙泄漏的影响

采用数值模拟方法对利用吸力面小翼方式控制压气机叶栅间隙流动进行研究。结果表明,附加吸力面小翼可以降低叶顶泄漏流速,削弱泄漏涡强度,使得泄漏涡区损失降低。不同宽度吸力面小翼在不同间隙下部可以较好地减少叶尖泄漏,在叶顶间隙为3.3%叶高时,附加相对宽度为0.5的吸力面小翼可使损失降低4.7%。叶顶压差的降低及对泄漏涡结构的改变是吸力面小翼降低泄漏掺混损失的主要原因。     

叶尖小翼对扩压叶栅气动特性影响的数值研究

通过在叶片顶端加装小翼来降低叶顶二次流的叶尖小翼技术在叶轮机械领域受到关注。本文对具有不同叶尖小翼方案的压气机叶栅进行了全三维数值模拟,并详细分析了叶尖小翼对叶顶间隙流场的影响.结果表明,合理选择叶尖小翼的安装位置及自身宽度可以在一定程度上降低叶顶泄漏损失,在叶顶吸力面侧加装宽度为5 mm的小翼可以较好的削弱泄漏流动的强度,减少泄漏涡卷吸起更多的吸力面/端壁角区的低能流体及较早地阻止上通道涡的形成和发展。     

刷式密封对透平级气动性能影响的研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和SST紊流模型的泄漏流动数值方法对比研究了动叶叶顶迷宫密封和刷式密封的1.5级汽轮机高压缸透平级的气动性能.数值预测实验测量的刷式密封泄漏量与实验数据吻合一致,验证了数值方法的可靠性。详细分析了动叶叶顶迷宫和刷式密封两种结构对1.5级透平级叶顶间隙泄漏特性和气动性能参数的影响特性.结果表明:在相同工况下,相比于叶顶迷宫密封结构,叶顶刷式密封可使透平级级效率提高0.15%,叶顶间隙泄漏量降低30.74%。叶顶刷式密封和迷宫密封结构对透平级反动度和动叶出口气流角的影响基本相同.叶顶刷式密封中刷丝束前后压降大于迷宫密封中相同位置处迷宫齿前后压降,刷丝束起主要封严作用.     

叶顶间隙对离心压气机性能影响的研究

叶顶间隙的研究长期以来一直是叶轮机械研究和设计的热点和难点。本文采用CFD软件研究了进口叶尖相对马赫数分别为0．9、1．15、1．3时,有、无间隙的离心叶轮的气动性能,比较了压比、效率及流量的差别。并分析了用于 100 kW微型燃气轮机的高压比、高转速离心压气机在三种不同尺寸叶顶间隙下的性能,讨论了间隙影响的原因。数值模拟结果表明,叶顶间隙在一定范围内时,间隙主要减弱叶轮的升压能力,基本不影响效率和阻塞流量。