葉頂噴氣帶冠葉柵氣動性能的實驗和數(shù)值研究.pdf

1、渦輪葉尖泄漏控制一直是研究的熱點問題，渦輪葉柵間隙泄漏流動對葉柵通道內(nèi)70％-100％葉高范圍內(nèi)的流動產(chǎn)生影響，由葉頂泄漏流產(chǎn)生的損失比重較大，超過整個葉柵總損失的30％，因此，控制間隙泄漏，減小間隙泄漏流流量對提升渦輪效率有著重要的意義。
　　本文利用實驗探究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法來進行對比研究。實驗中對全圍帶帶噴氣葉柵、翼型圍帶帶噴氣葉柵、翼型圍帶密封齒帶噴氣葉柵三套實驗葉柵進行實驗研究。實驗測量是在低速矩形風洞實驗臺上進行，

2、并利用錐形五孔探針測量葉柵尾緣后截面的總壓，靜壓及速度分布，并測量了相關(guān)氣流角分布。研究過程中利用ansys、cfx等三維流場模擬軟件對葉柵流場進行數(shù)值計算，并在計算結(jié)果中觀察間隙及流道內(nèi)渦系結(jié)構(gòu)發(fā)展變化規(guī)律，速度流線分布，及尾緣總壓損失分布云圖，并與實驗結(jié)果比較研究。
　　文章首先研究了全圍帶噴氣葉柵，與無圍帶渦輪葉柵相比，圍帶結(jié)構(gòu)改變了葉項約30％區(qū)域的流動特性，遏制了泄漏渦正常的發(fā)展變化。額外增設(shè)噴氣會影響間隙出口處泄漏流的

3、流動方向，雖然噴氣導致泄漏渦尺寸增加，但噴氣有利于改善葉項區(qū)域的總壓分布，并且，噴氣能夠有效地抑制主流氣體進入間隙。與常規(guī)無圍帶渦輪葉柵類似，帶冠噴氣葉柵中沖角變化僅對通道渦及尾緣渦有影響，泄漏渦渦系結(jié)構(gòu)沖角適應(yīng)性較差，主要是由于全圍帶渦輪葉柵中不存在傳統(tǒng)意義上的跨葉頂泄漏流。
　　翼型噴氣圍帶的結(jié)構(gòu)是在對照研究全圍帶葉柵氣動性能及圍帶對渦系結(jié)構(gòu)影響的基礎(chǔ)上，重新研究設(shè)計的葉型結(jié)構(gòu)。研究重點為噴氣對葉柵氣動性能的影響，而非葉型結(jié)構(gòu)

4、。翼型噴氣圍帶在一定程度上減小了葉柵總損失量，優(yōu)化了葉柵整體的氣動性能，但由于噴氣量為0.1％、0.2％、0.3％、0.5％四種相對主流流量客觀上流量較小，即使增大噴氣量，葉柵整體損失變化不大。因此，在直噴的條件下，噴氣量的變化葉柵整體效率影響不明顯。
　　本文還深入研究了帶密封齒的翼型噴氣圍帶葉柵的性能，研究該結(jié)構(gòu)葉柵間隙內(nèi)流場發(fā)展變化及對流道內(nèi)漩渦結(jié)構(gòu)的影響。研究表明，密封齒結(jié)構(gòu)明顯地改變了翼型圍帶葉柵的渦系結(jié)構(gòu)，在減小泄漏渦