葉尖間隙對微渦輪葉柵內(nèi)流影響機理與葉尖逆向渦控研究.pdf

1、微型渦輪發(fā)動機以其重量輕、功率大、能量密度高的優(yōu)勢被廣泛應用在軍/民用領域，近年來得到了空前關注和發(fā)展。微型渦輪發(fā)動機尺寸顯著減小帶來的工作雷諾數(shù)低及較大的葉尖間隙比阻礙了其性能的進一步提高，而國內(nèi)外對微型渦輪發(fā)動機這方面的研究較少或未見公開報道。因此，本文針對影響微型渦輪葉片性能的低雷諾數(shù)和葉尖間隙問題開展了研究，主要包括以下內(nèi)容：
　　 (1)將新型非接觸式壓敏涂料測壓技術應用在毫米尺度流場領域，自主研制該測壓系統(tǒng)的部分子系

2、統(tǒng)，包括設計基于LED陣列的激發(fā)光源系統(tǒng)、加裝顯微放大系統(tǒng)、噴涂及熱處理設備；設計了壓敏涂料測壓技術的標定系統(tǒng)并完成典型壓敏涂料的標定實驗；建立了一套完整的適用于毫米尺度流場領域的壓敏涂料測壓系統(tǒng)，應用該測壓系統(tǒng)研究了毫米尺度微渦輪葉柵低雷諾數(shù)及葉尖間隙對吸力面壓力的影響。
　　 (2)以數(shù)值模擬和實驗測量相結合的方法研究了毫米尺度微渦輪葉柵低雷諾數(shù)流動特征，揭示了微葉柵通道主要二次流的形成、發(fā)展及其相互作用；毫米尺度葉柵低雷諾

3、數(shù)時通道渦中心總壓損失明顯高于常規(guī)尺度葉柵，通道渦沿程在柵距方向的影響范圍明顯增加；在10％軸向弦長之后毫米尺度微葉柵擬S3截面平均總壓損失大于常規(guī)尺度葉柵，且60％軸向弦長之后平均總壓損失急劇上升，遠超常規(guī)尺度葉柵。
　　 (3)研究了葉尖間隙對毫米尺度微渦輪葉柵流場的影響及其影響機理，發(fā)現(xiàn)葉尖間隙內(nèi)葉片前部氣流在吸力面出口已摻混均勻，而在葉片后部速度沒有完全摻混，出口為混合速度層；隨著葉尖間隙增大，葉尖泄漏流量成比例增加，葉

4、片受到的周向載荷減小，M1=0.1時，葉尖間隙每增加1％，葉尖泄漏流量平均增加17.5％，周向載荷平均降低2％。壓敏涂料測壓技術對不同葉尖間隙吸力面的測量結果表明5％葉尖間隙吸力面壓力分布與10％、1.5％葉尖間隙吸力面壓力分布明顯不同，在吸力面后部靠近葉頂處出現(xiàn)高壓力區(qū)域，與其他間隙時泄漏形成的低壓區(qū)現(xiàn)象相反。
　　 (4)提出了利用逆向渦流器減小葉尖泄漏流的方法，利用壓力面和葉頂面的壓力差將氣流從主流通道壓力面?zhèn)纫?，在葉頂

5、面以一定角度逆著葉尖泄漏流方向高速射出，從而減小泄漏流量并降低泄漏造成的葉輪損失。對影響逆向渦流器減小葉尖泄漏流的主要因素如孔徑比、渦流器布置位置、布置密度以及出流角進行研究，增加渦流器入流與出流孔徑比、在葉片中后部布置渦流器、適當減小出流角可以增加渦流器流量、減小葉尖泄漏流量、提高葉片周向載荷。
　　 (5)對逆向渦流器減小葉尖泄漏流的方法進行了實驗驗證，通過改進微細電火花加工流程、設計整級“梳”妝電極成功在毫米尺度微渦輪葉柵