葉頂噴氣帶冠葉柵氣動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究.pdf

1、渦輪葉尖泄漏控制一直是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，渦輪葉柵間隙泄漏流動(dòng)對(duì)葉柵通道內(nèi)70％-100％葉高范圍內(nèi)的流動(dòng)產(chǎn)生影響，由葉頂泄漏流產(chǎn)生的損失比重較大，超過(guò)整個(gè)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(duì)提升渦輪效率有著重要的意義。
　　本文利用實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行對(duì)比研究。實(shí)驗(yàn)中對(duì)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(shí)驗(yàn)葉柵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)測(cè)量是在低速矩形風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，

2、并利用錐形五孔探針測(cè)量葉柵尾緣后截面的總壓，靜壓及速度分布，并測(cè)量了相關(guān)氣流角分布。研究過(guò)程中利用ansys、cfx等三維流場(chǎng)模擬軟件對(duì)葉柵流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并在計(jì)算結(jié)果中觀(guān)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(xiàn)分布，及尾緣總壓損失分布云圖，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較研究。
　　文章首先研究了全圍帶噴氣葉柵，與無(wú)圍帶渦輪葉柵相比，圍帶結(jié)構(gòu)改變了葉項(xiàng)約30％區(qū)域的流動(dòng)特性，遏制了泄漏渦正常的發(fā)展變化。額外增設(shè)噴氣會(huì)影響間隙出口處泄漏流的

3、流動(dòng)方向，雖然噴氣導(dǎo)致泄漏渦尺寸增加，但噴氣有利于改善葉項(xiàng)區(qū)域的總壓分布，并且，噴氣能夠有效地抑制主流氣體進(jìn)入間隙。與常規(guī)無(wú)圍帶渦輪葉柵類(lèi)似，帶冠噴氣葉柵中沖角變化僅對(duì)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(duì)照研究全圍帶葉柵氣動(dòng)性能及圍帶對(duì)渦系結(jié)構(gòu)影響的基礎(chǔ)上，重新研究設(shè)計(jì)的葉型結(jié)構(gòu)。研究重點(diǎn)為噴氣對(duì)葉柵氣動(dòng)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(dòng)性能，但由于噴氣量為0.1％、0.2％、0.3％、0.5％四種相對(duì)主流流量客觀(guān)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(chǎng)發(fā)展變化及對(duì)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