检索结果-南通市图书馆

科学技术与工程 2023年第16期23卷 7120-7128页

作者：李磊邹建军王成龙国防科技大学空天科学学院长沙410073

随着涡轮性能不断提升,叶片顶部与机匣间隙两侧压差不断提高。在此作用下不可避免地产生跨/超声速间隙流动,造成流体做工的能量损失,并且对涡轮叶片顶部产生严重加热与烧蚀。针对不同间隙构型及冷却射流对间隙流场及换热的影响进行研究... 详细信息

随着涡轮性能不断提升,叶片顶部与机匣间隙两侧压差不断提高。在此作用下不可避免地产生跨/超声速间隙流动,造成流体做工的能量损失,并且对涡轮叶片顶部产生严重加热与烧蚀。针对不同间隙构型及冷却射流对间隙流场及换热的影响进行研究,结果表明:在常规平顶构型的跨/超声速间隙流动中,下壁面热流在距分离泡尾部再附点后约0.5 mm处达到最大,间隙内激波边界层干扰为典型的层流入流边界层干扰。间隙采用压力侧凹腔构型能有效降低下壁面热流,使得热流峰值相比平顶构型降低23.3%;间隙前缘的小钝化半径对热流影响较小,但会造成较大泄漏增量,这说明叶片在高温工况下自然钝化并不能有效降低热流。随着前缘钝化半径逐渐增加,存在临界半径使得分离泡恰好消失,整体热流峰值骤降。考虑叶顶射流主动冷却作用,分离泡内射流对流场的影响取决于射流压力的大小,存在合理范围使得冷却流体在分离泡后部产生较好的冷却效果,同时对前部热流影响较小。

关键词：跨/超声速间隙流动激波边界层干扰间隙构型前缘钝化冷却射流

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带冠涡轮叶片叶顶间隙流动换热及热负荷控制方法研究

带冠涡轮叶片叶顶间隙流动换热及热负荷控制方法研究

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作者：周成哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

涡轮转子带冠叶片结构因为具有诸多优点,如良好的气动性能和叶片减振特性,使得叶片带冠结构被广泛应用于燃气轮机的涡轮中。然而叶片带冠结构的使用,会造成叶冠端区更复杂的泄漏流动和换热情况,同时由于涡轮叶片的工作环境面临温度高、... 详细信息

涡轮转子带冠叶片结构因为具有诸多优点,如良好的气动性能和叶片减振特性,使得叶片带冠结构被广泛应用于燃气轮机的涡轮中。然而叶片带冠结构的使用,会造成叶冠端区更复杂的泄漏流动和换热情况,同时由于涡轮叶片的工作环境面临温度高、转速快和压力高等恶劣条件,尤其是高压涡轮的第一级叶片,若使用叶片带冠结构,叶冠遭受很高的热负荷和热应力,这可能会逐步侵蚀叶冠甚至损坏,叶冠掉块的现象也时有发生,最终严重威胁燃气轮机的安全运行。所以,有必要对带冠涡轮叶片展开流动换热分布以及热负荷变化规律的相关研究,并对叶冠形状及叶冠容腔进行优化改型设计,达到同时改善叶冠表面换热和降低叶冠表面热负荷的目的,以提升涡轮的气热性能和工作可靠性。首先,以GE-E3高压涡轮带单篦齿的第一级动叶模型为研究对象,对叶冠端区泄漏流动情况和换热分布进行了分析,探讨了不同涡轮膨胀比(1.5～3.5)和不同转速(3000r/min～12000r/min)下叶冠端区的流动换热规律,然后对叶冠结构形状进行了优化改型设计和冷却孔结构设计,达到降低叶冠表面热负荷的目的。结果表明:叶冠表面的平均换热系数分布与叶冠容腔内的泄漏涡以及叶冠表面的静压分布存在紧密联系,其中静压系数高的区域平均换热系数高,同时该区域的泄漏涡强度也大;由于篦齿的密封作用,涡轮膨胀比和涡轮转速的变化主要通过篦齿前缘表面的平均换热系数的分布,进而影响叶冠表面的热负荷;最终发现对叶冠后缘优化切削10%的表面积,可以降低叶冠表面热负荷高达19.2%;当冷却射流存在时会抑制主流进入叶冠容腔,这在一定程度上会提升涡轮性能,并且冷却射流与泄漏流的掺混对叶冠表面有良好的降温效果,叶冠表面热负荷得到降低。其次,以真实带冠涡轮为研究对象,同样对叶冠端区泄漏流动情况和换热分布进行了分析,探讨了不同涡轮输出功率(50%～120%设计工况)和不同导叶进气角(-30°～+30°)下叶冠端区的流动换热规律。结果表明:不同涡轮输出功率对叶冠容腔的泄漏流量和叶冠表面热负荷影响较大,其中随涡轮输出功率增加,泄漏流量增加,造成气动损失增多,涡轮性能降低,同时泄漏流与叶冠表面耗散效应增强,导致叶冠表面热负荷增加;不同导叶进气角对叶冠容腔的泄漏流量和叶冠表面热负荷影响相对小很多,因其主要影响导叶间流场,而对动叶间流场影响较小。针对变工况下真实带冠涡轮叶片叶冠表面换热不均和高热负荷问题,对其叶冠容腔进行改型设计和冷却孔结构设计。结果表明:对叶冠进出口宽度改型相比篦齿轴向位置变化和叶冠进口容腔改型对叶冠容腔密封效果更加明显,这导致叶冠容腔泄漏流量减少,造成的气动损失减少,涡轮效率得到一定提升,同时由于泄漏流与叶冠表面相互作用强度减弱,叶冠表面热负荷得到改善,其降低多达27.2%;当对叶冠进行冷却结构设计时,冷却射流同样可以有效抑制主流进入叶冠容腔进而提升涡轮性能,并且冷却射流与泄漏流的掺混可以有效改善叶冠端区换热情况,降低叶冠表面热负荷。本文基于叶冠表面换热不均和高热负荷问题的考虑,提出了对叶冠结构和叶冠容腔结构的优化改型设计方法,达到了降低叶冠表面热负荷的目的,这为今后新型涡轮带冠叶片设计提供参考。

关键词：带冠涡轮叶片叶冠端区流动换热叶冠优化设计冷却射流

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冷气条件对涡轮转子凹槽叶尖泄漏控制的影响

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工程热物理学报 2019年第12期40卷 2777-2784页

作者：邵飞周琨李凤超中国航空发动机研究院

通过数值模拟方法对涡轮转子凹槽叶尖泄漏流动进行研究,分析了冷气条件下凹槽腔内流动结构,研究了气冷凹槽叶尖控制泄漏损失机制,并探讨了凹槽叶尖泄漏损失对凹槽深度、间隙高度和肋条宽度的敏感度。结果表明在有冷气条件下,凹槽叶尖主... 详细信息

通过数值模拟方法对涡轮转子凹槽叶尖泄漏流动进行研究,分析了冷气条件下凹槽腔内流动结构,研究了气冷凹槽叶尖控制泄漏损失机制,并探讨了凹槽叶尖泄漏损失对凹槽深度、间隙高度和肋条宽度的敏感度。结果表明在有冷气条件下,凹槽叶尖主要通过刮削涡降低控制叶尖泄漏损失;冷却射流在凹槽腔内形成的肾型对涡结构与腔内流动相互作用,减弱了刮削涡对泄漏流的控制作用,并降低了凹槽叶尖泄漏损失对凹槽深度的敏感度。

关键词：凹槽叶尖冷却射流流动结构泄漏损失涡轮

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叶顶射流对涡轮流场及气动性能影响

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工程热物理学报 2011年第10期32卷 1665-1668页

作者：李文董平陈海生谭春青中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100190

通过对带有前缘气膜冷却的C3X涡轮叶片的传热和气动试验结果进行计算验证,表明所使用计算方法在对带有冷却射流的跨音涡轮压力及温度进行的预测具有较高的精度,在此基础上针对某型发动机低压涡轮,通过CFD数值模拟研究其叶顶冷却射流对... 详细信息

通过对带有前缘气膜冷却的C3X涡轮叶片的传热和气动试验结果进行计算验证,表明所使用计算方法在对带有冷却射流的跨音涡轮压力及温度进行的预测具有较高的精度,在此基础上针对某型发动机低压涡轮,通过CFD数值模拟研究其叶顶冷却射流对叶顶泄漏流及涡轮性能的影响规律,并通过详细分析叶顶流动揭示该规律产生的原因;然后通过改变不同叶顶间隙大小,研究了间隙流和泄漏涡流动规律及叶顶间隙对叶顶冷却射流和透平性能影响,并通过其复杂流场分析揭示了其内在机理。

关键词：冷却射流叶顶泄漏低压涡轮叶顶间隙

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