蜂窩葉頂對(duì)高負(fù)荷渦輪葉柵頂部泄漏流動(dòng)影響機(jī)制研究.pdf

1、面對(duì)現(xiàn)代航空動(dòng)力技術(shù)高推重比和低耗油率的發(fā)展需求，增加渦輪氣動(dòng)負(fù)荷，減少渦輪級(jí)數(shù)是燃?xì)鉁u輪的一大發(fā)展趨勢。通過提高單個(gè)葉片的氣動(dòng)負(fù)荷達(dá)到減少渦輪級(jí)葉片數(shù)目的的高負(fù)荷渦輪葉片設(shè)計(jì)被廣泛研究和應(yīng)用。高負(fù)荷渦輪的出現(xiàn)隨之帶來了全新的問題：葉片負(fù)荷增加導(dǎo)致葉柵通道內(nèi)的橫向壓力梯度增大，流體在葉片兩側(cè)壓差作用下不可避免地形成間隙泄漏流動(dòng)，并產(chǎn)生各種復(fù)雜渦系，造成葉尖區(qū)域流動(dòng)復(fù)雜，增大渦輪葉尖附近的氣動(dòng)損失。因此，深入開展渦輪徑向間隙泄漏流動(dòng)及其抑

2、制措施方面的研究對(duì)現(xiàn)代先進(jìn)航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能及其經(jīng)濟(jì)性的提高具有重要意義。
　　可磨耗性蜂窩密封具有優(yōu)良的封嚴(yán)特性，是典型的葉輪機(jī)械葉頂間隙密封結(jié)構(gòu)。本文提出一種將蜂窩密封直接布置在渦輪葉頂?shù)囊种菩孤┝鲃?dòng)新方案，并以某高負(fù)荷渦輪葉柵為研究對(duì)象，建立蜂窩葉頂結(jié)構(gòu)物理模型。采用數(shù)值方法對(duì)比研究了有/無蜂窩葉頂結(jié)構(gòu)對(duì)渦輪葉柵葉尖間隙流場結(jié)構(gòu)和間隙流動(dòng)損失產(chǎn)生機(jī)理的影響機(jī)制，分析了不同相對(duì)間隙高度和來流沖角條件對(duì)間隙泄漏流動(dòng)的影響，對(duì)

3、蜂窩葉頂在降低間隙泄漏量及泄漏相關(guān)損失、提高渦輪效率等方面的效果進(jìn)行了探討，以期為進(jìn)一步研究間隙流動(dòng)的控制方法提供參考依據(jù)。
　　通過對(duì)有/無蜂窩葉頂渦輪葉柵間隙流場特性及其影響因素的對(duì)比研究，結(jié)果表明，采用蜂窩葉頂設(shè)計(jì)，間隙流體流入蜂窩腔，形成旋渦運(yùn)動(dòng)，對(duì)間隙流體動(dòng)能具有耗散作用，反沖氣流在間隙內(nèi)形成類似于“氣動(dòng)?xùn)艡凇钡膹较蛏淞?，增加流?dòng)阻力，進(jìn)而有效減小泄漏流量。與平頂葉柵相比，1％葉高相同間隙高度下蜂窩葉頂葉柵相對(duì)泄漏量降低

4、了約10%，流出間隙的泄漏流周向速度減小了20%左右。蜂窩葉頂葉柵中泄漏渦的形成和發(fā)展被削弱，導(dǎo)致泄漏渦與主流、尾跡等的摻混損失減小，對(duì)葉柵損失的降低有積極的作用，其出口能量損失系數(shù)較平頂葉柵減小了約4%。間隙高度的增加直接帶來了間隙流量的增大，使得間隙泄漏流動(dòng)增強(qiáng)，泄漏損失增加，考慮蜂窩可磨耗性，蜂窩葉頂葉柵可以進(jìn)一步減小間隙高度，對(duì)泄漏流動(dòng)的抑制有顯著的效果。此外，來流沖角的變化會(huì)影響渦輪葉柵間隙泄漏流場及旋渦結(jié)構(gòu)，使得葉頂泄漏渦和