高壓渦輪葉頂間隙氣動及傳熱研究.pdf

1、燃氣輪機在航空、航海、電力、石油等能源應用領域起著關鍵作用，渦輪作為高速旋轉核心部件之一，其性能直接影響到燃氣輪機的整體性能。高壓渦輪動葉與靜止機匣之間間隙的存在，不僅導致渦輪氣動性能下降，且使得葉頂全部處于高溫燃氣中，容易造成葉頂區(qū)域燒蝕及磨損。對動葉葉頂進行有效防護能減少泄漏損失，降低葉頂表面溫度，提高動葉使用壽命。本文從凹槽間隙二維模型開始，分析間隙內部的流動換熱情況，并展開平面葉柵間隙實驗研究，從氣動方面探討間隙泄漏流動控制方法

2、，采用數值模擬對三維動葉的流動及傳熱進行詳細的研究。
　　本文首先構建凹槽間隙二維模型，研究凹槽間隙尺寸、凹槽高度、寬度、間隙進出口壓比對間隙內部的流動情況、損失、泄漏流量進行分析；分析凹槽上壁面運動對內部流動的影響；在上壁面運動條件下在凹槽內部展開氣膜冷卻，研究吹風比、冷氣孔相對位置及冷氣孔角度對壁面Nu數的影響。結果表明間隙尺寸越小、凹槽寬度和高度越大、壓比越大，間隙內部損失越大，相應的泄漏流量越小；壁面運動使得凹槽間隙內部損

3、失增大，泄漏流量降低；冷氣孔相對位置位于泄漏流沖擊凹槽底面位置上游時，氣膜冷卻能夠有效降低壁面Nu數。
　　對肋條葉頂及葉頂噴氣對平面葉柵間隙泄漏流動影響展開實驗研究，探討葉頂肋條結構及噴氣位置對泄漏流動控制效果，并通過數值計算對泄漏流量分布進行討論。結果表明肋條葉頂局部位置開口會導致泄漏流量增加，葉頂噴氣位置距壓力邊越近，對通道渦的影響越大，小間隙下肋條葉頂、噴氣能夠降低葉柵出口總損失，實現對泄漏流動的控制，在大間隙下無法實現對

4、泄漏流動的有效控制。
　　對動葉進行數值計算分析了葉頂結構及氣膜冷卻對氣動及傳熱的影響。對5種間隙尺寸的肋條高度研究表明，肋條高度增加會導致動葉損失先減小后增加，且間隙越大，葉頂凹槽對泄漏流動控制效果越顯著。凹槽起始、結束位置距前、尾緣越小，動葉氣動損失越小。葉頂肋條尾緣開口方式中，損失隨壓力側開口增大先減小后增加，吸力側開口增大使得損失持續(xù)下降。平面葉頂氣膜冷卻能夠有效降低冷氣孔下游葉頂溫度，對上游及前緣位置基本無作用效果。凹槽