动叶叶顶结构对1.5级涡轮气动性能影响的数值研究

基于Lisa 1.5级涡轮,构造全围带、全周小翼及翼型围带动叶叶顶结构模型,并应用数值计算方法,分析不同动叶叶顶结构对涡轮气动性能的影响规律。结果表明,0.97%叶片高度叶顶间隙值下,全围带叶栅气动损失最小,翼型围带次之,2 mm全周小翼控制损失的能力并不明显。此规律与涡轮平面叶栅研究中所得的结论相同。间隙增至1.38%叶片高度值时,间隙泄漏损失与总损失呈现等比例增加,表明此1.5级涡轮中气动损失主要来自于泄漏流动。最后,基于"Scaling"方法,分析不同叶顶结构对涡轮整级机械效率的影响。结果发现,三种叶顶结构均使效率得以提升。这进一步为翼型围带等叶顶结构的实际应用提供理论依据。     

动叶围带顶部泄漏流动对透平级气动性能影响的数值研究

采用计算流体动力学软件CFX-TASCflow数值研究了带围带的动叶顶部间隙内泄漏流动对动叶流动效率以及下一级静叶进口气流角的影响特性.数值模拟了装有不同迷宫式汽封齿数时的动叶顶部间隙泄漏流动特性.揭示了泄漏流动不再是跨叶顶的横向流动,而是在叶顶间隙内沿着轴向流动.给出了动叶顶部间隙泄漏流场的结构,泄漏流与主流掺混后的流场对下游静叶性能的影响.研究结果表明泄漏流与动叶通道内的主流在动叶下游掺混后,改变了上半通道气流的流动方向,使这部分气流偏离设计工况,使下游静叶产生攻角损失.动叶顶部间隙泄漏流有较大的径向速度,在与主流掺混并进入动叶下游静叶后,会向着静叶中叶展处发展,改变静叶上半部流场的结构.动叶顶部间隙汽封齿数增多时这种效果就减小,静叶等熵效率的降低就越少,同时讨论了动叶顶部间隙泄漏流动对透平级气动性能的影响.     

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.     

无导叶对转涡轮高压动叶叶尖开槽的研究

对一无导叶对转涡轮高压动叶叶尖经开槽后的叶顶间隙流场进行了研究, CFD预测结果表明叶尖开槽后对转涡轮间隙泄漏损失的降低幅度超过了10%.对数值结果的分析表明,叶尖开槽后叶顶间隙通道内的粘性阻力增加,致使间隙流场结构发生变化,并引起了泄漏涡强减弱和泄漏流量下降;另外间隙泄漏流通过凹槽侧壁对叶片具有额外的做功能力.在本文的研究条件下,高压动叶叶尖开槽使得对转涡轮整级性能得到明显改善.     

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.     

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.     

叶顶间隙对离心叶轮气动性能的影响规律

为明确半开式离心叶轮的间隙值与间隙气流对叶轮气动性能的影响,采用数值方法分析了典型叶轮叶顶相对间隙值为0~10%之间的叶轮气动性能、叶片载荷分布、间隙泄漏量的变化规律.得出:间隙对叶轮气动性能的影响基本呈线性或分段线性关系,间隙泄漏量与叶顶载荷具有相同的分布规律,表明泄漏量变化的主要控制因素是叶顶载荷;间隙仅影响流道后半段的叶顶载荷分布,原因是由于间隙进口强烈的气流加速运动,形成了间隙进口处的压力降,但这种压力降只体现于一定高度范围的间隙中;导致叶轮性能降低的主要原因还是间隙涡流与主流掺混引起的能量损失。     

刷式密封泄漏流动及传热特性的研究第一部分:泄漏特性

本文采用非线性Darcian多孔介质模型,对三种不同后夹板结构刷式密封的泄漏流动特性进行了数值研究,分析了压比、转速以及后夹板结构形式对刷式密封泄漏量、流场以及压力分布的影响规律。研究结果表明;刷式密封的泄漏量随压比的增大呈线性增大,随转速升高则略微减小。刷式密封的压力下降主要发生在刷丝束内部区域,而在上下游流体域内气流压力则基本分布均匀。后夹板的非通环形槽结构对刷式密封泄漏量及压力分布的影响很小,而通槽结构则会引起泄漏量的大幅增长,同时使压力分布产生变化。     

机匣仿生顶室对压气机间隙流动影响研究

动叶叶顶产生的间隙泄漏流对压气机的效率和稳定性产生明显影响。为了减小泄漏流对流道内部流场结构的影响,本文基于蜻蜓翅翼的翅室和褶皱结构,在跨声速压气机叶栅的机匣上布置仿生顶室结构。采用数值模拟方法,研究不同高度的仿生顶室结构对间隙泄漏量和流动损失的影响。结果表明:流体流经仿生顶室时,顶室内部存在明显的驻留涡,抑制泄漏涡沿节距方向的发展,减小间隙的泄漏流量和流动损失;在间隙高度为2 mm情况下,仿生顶室对泄漏量和流动损失的控制效果最为明显,最佳方案能够使总压损失系数下降1.2%,间隙泄漏量降低1%。     

半开式离心叶轮变工况间隙流动特征

针对叶顶间隙对半开式离心压缩机叶轮内部流场和气动性能的影响,采用数值方法研究了不同工况下叶轮流道及间隙处的流场规律,对比分析了小流量、设计和大流量三个运行下况下叶顶马赫数分布、叶顶载荷与间隙泄漏量、间隙泄漏涡特征的变化,以及叶顶间隙随进口流量变化对叶轮气动性能的影响,得出间隙涡流在通道中下游与主流相互掺混是引起半开式叶轮能量损失的主要原因。     

叶轮顶部间隙对向心透平总体性能影响的研究

对微型燃机向心透平叶轮顶部间隙流动在级环境下进行了全三维粘性数值模拟．研究结果表明:顶部间隙小于 2％时,间隙每增加1％,级效率降低1．5％,而级通流能力有所降低;径向与轴向间隙变化对级性能影响有很大差别, 径向间隙增加对级效率降低的影响是轴向间隙增加的8．3倍,径向间隙增加使通流能力增强的程度是轴向间隙增加使通流能力减弱的4．2倍。此外,将间隙流场与文献报道试验结果进行了比较,差别主要在工作轮顶部区域。     

Phenomenon of labyrinth weal with Low static pressure difference and large clearance

The low pressure axial flow fans with an outer ring, used for cooling automobile radiators, have a significantly large tip clearance between the ring tip and the fan shroud. It has been found that the turbulent reverse flow, or leakage flow, which occurs at the tip clearance, greatly affects the fan performance and noise level. Therefore, in order to improve the fan performance and noise level it is important to decrease the effect of leakage at the tip clearance. The authors investigated the performance of the straight-through type of labyrinth seal which operates in an extremely low static pressure difference with a large clearance. It was hoped that by sealing this clearance with the labyrinth seal the performance would be improved. It was verified that the labyrinth seal satisfied almost the same performance as that predicted by the previous theory. This theory was established by experimental studies in the condition of quite high static pressure difference when the labyrinth is stationary. However, it was later discovered that the leakage rate decreased significantly even though there was far lower ring speed in comparison to past research results where the ring rotated. This phenomenon is conspicuous in a lower differential pressure. However, the cause of this phenomenon has not been determined.     

叶顶射流对涡轮流场及气动性能影响

通过对带有前缘气膜冷却的C3X涡轮叶片的传热和气动试验结果进行计算验证,表明所使用计算方法在对带有冷却射流的跨音涡轮压力及温度进行的预测具有较高的精度,在此基础上针对某型发动机低压涡轮,通过CFD数值模拟研究其叶顶冷却射流对叶顶泄漏流及涡轮性能的影响规律,并通过详细分析叶顶流动揭示该规律产生的原因;然后通过改变不同叶顶...     

Phenomenon of labyrinth seal with low static pressure difference and large clearance

This paper discusses the straight-through type labyrinth seal. This labyrinth seal is used for axial flow fans, which h ave an outer ring at the blade tip to seal the clearance between the ring tip and the fan shroud, in order to prevent the reverse flow or leakage. These fans are used for the cooling of automobile radiators . In these cases, the labyrinth seal is used in an extremely low static pressure difference and a large clearance . A significant decrease of the leakage rate was reported even when the labyrinth seal rotated in comparatively low speed in this unique condition according to the authors’ former report. However, this phenomen on is differ ent from past research. Further more the cause of th is phenomenon has not been determined. Therefore, the internal flow was depicted with Computational Fluid Dynamics (CFD) in or der to clarify the ca use of this phenomenon. The results of CFD show that the leakage rate decreases significantly because the carry -over flow is intercepted in the expansion groove. This is the newly discovered phenomenon which occurs under the unique condition of an extremely low differential pressure. It has not been pointed out before as the reason why the rotation decreases the leakage rate.     

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。     

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。     

跨音透平级动叶顶部间隙流动的数值模拟

本文对一个跨音透平级动叶顶部间隙内的泄漏流动进行了详细的数值模拟,并与没有顶部间隙时的情况进行了对比。计算表明在90％叶高以上的区域内,间隙内的泄漏流动使得动叶出口相对气流角较无间隙有很大改变。这将极大地影响本级和下一级的效率。     

压气机悬臂静叶流场非定常数值模拟

以现代高压压气机一排悬臂静叶与一排转叶组成的典型级为研究对象,采用非定常数值模拟方法,分析了非定常与定常数值模拟计算得出的级特性线以及峰值效率点气动参数在展向分布的差异,并对悬臂静叶内部流场结构进行了详细分析,结果表明:当悬臂静叶的轮毂设计间隙为2.5%叶高时,非定常计算的综合喘振裕度比定常大5.85%;在峰值效率点工况下,悬臂静叶总压损失和转子效率的非定常影响范围在10%以内,转叶进口相对气流角沿展向分布的影响在0.5°以内。悬臂静叶根部10%叶高以下区域出现了明显的泄漏流动,3.4%叶高压力系数变化最大,轮毂泄漏流起始于20%弦长附近,发展到70%弦长位置时泄漏损失最大,随后逐渐减弱.     

微燃机气封装置的数值模拟

为了将旋转部件与静止部件之间不同压力的空间隔开,微燃机中采用了气封装置以减少泄流量。泄漏流量的大小,以及其对主流的干扰,微燃机设计时必须加以认真考虑。工作时通过间隙而泄漏的流量过大,必然会对其整体效率产生重大影响。通常,在间隙处采用特殊结构来控制泄流量的大小,减少间隙对微燃机总体效率的影响。本文采用三维数值模拟对微燃机压气机与透平之间的间隙流动进行模拟分析,通过不同工况的比较以及对其内部流场进行分析,研究了气封内部流动特性,使得微燃机总体计算可考虑间隙引起的泄流对微燃机总体效率的影响。     

气冷涡轮级叶栅非定常流场数值模拟

采用具有三阶精度TVD性质的有限差分格式、自由型曲面网格技术、分区算法以及双时间步长的方法,对某型涡轮级叶栅流场进行了非定常NS方程数值求解,考察了在有、无冷气喷射条件下涡轮级气动性能的非定常变化。结果表明,上游静叶栅是否喷射冷气对下游动叶栅超音速区域的影响具有明显的区别,有冷气喷射时动叶栅前缘气动负荷降低,级效率下降约1%,但是不同动叶通道内气动性能随时间周期性变化的幅度明显减小了。