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凸起形状对轮缘封严结构燃气入侵的影响

推进技术 2023年第8期44卷 98-105页

作者：赵熙韩光禄刘佳华罗翔刘冬冬中国航发贵阳发动机设计研究所贵州贵阳550081 潍坊市知识产权保护中心山东潍坊261000 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206

为了研究轮缘封严附近凸起的形状对封严效率的影响,采用测量二氧化碳体积分数、腔内压力的实验方法,研究了几种典型的凸起形状对封严效率、腔内压力、腔内流场和无量纲最小封严流量的影响,目的是获得最佳的凸起形状。结果表明,凸起形状... 详细信息

为了研究轮缘封严附近凸起的形状对封严效率的影响,采用测量二氧化碳体积分数、腔内压力的实验方法,研究了几种典型的凸起形状对封严效率、腔内压力、腔内流场和无量纲最小封严流量的影响,目的是获得最佳的凸起形状。结果表明,凸起形状的变化对腔内的静压影响不大,封严环附近的静压变化几乎可以忽略不计。而总压和封严效率将随着凸起形状的变化而不同。安装凸起会整体提升腔内的旋流比。当凸起形状为六面体时,腔内的总压和封严效率最大,其无量纲最小封严流量相比于光滑盘平均减少了32%。

关键词：转静腔燃气入侵轮缘封严凸起形状封严效率

1.5级涡轮轮缘密封燃气入侵特性的数值研究

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西安交通大学学报 2018年第5期52卷 12-20,115页

作者：程舒娴李军西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 先进航空发动机协同创新中心北京100191

通过雷诺应力湍流模型(SST)求解三维URANS(unsteady Reynods-averaged NavierStokes)方程组,研究了1.5级涡轮双重径向轮缘密封的非定常封严特性,采用附加变量法研究了主流入侵程度,数值模拟获得的动叶前、后腔时均预旋比和静压系数与实... 详细信息

通过雷诺应力湍流模型(SST)求解三维URANS(unsteady Reynods-averaged NavierStokes)方程组,研究了1.5级涡轮双重径向轮缘密封的非定常封严特性,采用附加变量法研究了主流入侵程度,数值模拟获得的动叶前、后腔时均预旋比和静压系数与实验数据吻合,验证了1.5级涡轮动静交界面设置和数值方法的有效性,并在此基础上研究了变工况对动叶下游压力分布与后腔封严效率的影响规律。结果表明:后腔轮缘密封的封严效率高于前腔;后腔上游主流周向压差的开方与主流流量系数成正比;冷气量不变时,随着主流流量的增大,后腔的封严效率逐渐降低至0.4后变化趋缓。

关键词：涡轮轮缘密封燃气入侵封严效率数值模拟

涡轮径向轮缘密封非定常燃气入侵和封严效率的数值研究

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推进技术 2022年第6期43卷 83-93页

作者：丛庆丰李志刚程舒娴李军西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

为防止燃气入侵涡轮盘腔,提高运行安全性,对盘腔和轮缘密封间隙内非定常流动机理进行了深入研究。采用数值求解三维URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes)和SST湍流模型的方法,研究了涡轮径向轮缘密封的非定常燃气入侵和封... 详细信息

为防止燃气入侵涡轮盘腔,提高运行安全性,对盘腔和轮缘密封间隙内非定常流动机理进行了深入研究。采用数值求解三维URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes)和SST湍流模型的方法,研究了涡轮径向轮缘密封的非定常燃气入侵和封严效率。数值计算的径向轮缘密封的封严效率和环量比与实验数据吻合一致,验证了数值方法的可靠性。分析了6种冷气流量下径向轮缘密封的非定常压力分布、封严效率和燃气入侵与冷气出流特性。研究表明:冷气流量的增加阻止了径向轮缘密封处的燃气入侵和强化了冷气出流,径向轮缘密封盘腔内的封严效率随着冷气流量的增加而增加;动盘附近的封严效率高于静盘;入侵燃气基本被限制在径向轮缘密封的间隙区域。径向轮缘密封间隙出口处的主流周向时均压力随着冷气流量的增加而增加,周向时均压力最大值与最小值的差值随着冷气流量的增加而减小。当动叶前缘与静叶尾缘距离较近且不断靠近的过程,主流周向压力最大值与最小值的差值增大,动静叶相分离的过程周向压力最大值和最小值的差值减小。在静叶和动叶间非定常干涉作用下,轮缘密封间隙出口区域主流周向压力最大值与最小值差值较大时刻的主流低压区域具有优良的封严效率,同时高压区域的燃气入侵导致封严效率降低。

关键词：燃气轮机径向轮缘密封燃气入侵封严效率数值模拟

透平双重径向轮缘密封非定常燃气入侵特性研究

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西安交通大学学报 2024年第10期58卷 95-107页

作者：郭粲白波雷隆李志刚李军西安交通大学叶轮机械研究所西安710049

针对燃气入侵导致部件热疲劳和涡轮气热性能降低问题,提出了一种双重径向轮缘密封结构。采用数值求解三维非定常雷诺平均湍流模型(URANS)和SST k-ω湍流模型的方法,研究了4种封严冷气量下双重径向轮缘密封的时均封严效率和非定常流动特... 详细信息

针对燃气入侵导致部件热疲劳和涡轮气热性能降低问题,提出了一种双重径向轮缘密封结构。采用数值求解三维非定常雷诺平均湍流模型(URANS)和SST k-ω湍流模型的方法,研究了4种封严冷气量下双重径向轮缘密封的时均封严效率和非定常流动特性,对燃气入侵和冷气出流特性进行了分析。研究表明:所提结构的内腔可以达到封严状态,外腔时均封严效率随封严冷气量的增加而增加;密封间隙内的非定常流动特性受较大Kelvin-Helmholtz不稳定旋涡影响,高温燃气直接冲击转盘壁面的过渡圆弧结构,并在该位置与冷气掺混形成顺时针旋涡阻止冷气出流,呈现左侧封严效率的高封严效率区和右侧的低封严效率区;受高动量封严冷气作用,入侵燃气向静盘侧偏移形成大尺度逆时针旋涡,进一步阻止燃气入侵。封严冷气流出后沿动叶端壁向下游流动,同时受叶栅通道旋涡卷吸作用逐渐脱离壁面,使得对端壁的冷却效果降低,在动叶尾缘处冷却效率降低至0.03以下。该研究为燃气透平双重径向轮缘密封的非定常燃气入侵和封严机理,以及封严冷气对下游端壁影响的研究提供了一定的参考。

关键词：燃气透平双重径向轮缘密封非定常流动燃气入侵冷却效率

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旋转诱导燃气入侵的数值模拟

航空动力学报 2011年第12期26卷 2704-2709页

作者：周昆原罗翔徐国强北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

在航空发动机涡轮级中,动盘的旋转会导致主流高温燃气从盘缘封严侵入转静盘腔系统.通过计算流体动力学方法对轴向封严结构下旋转诱导燃气入侵进行了研究,得到了在不同封严冷气流量下盘腔压力和封严间隙处径向速度的变化规律.分别计算基... 详细信息

在航空发动机涡轮级中,动盘的旋转会导致主流高温燃气从盘缘封严侵入转静盘腔系统.通过计算流体动力学方法对轴向封严结构下旋转诱导燃气入侵进行了研究,得到了在不同封严冷气流量下盘腔压力和封严间隙处径向速度的变化规律.分别计算基于质量和基于浓度定义的封严效率分布,并得到了相应最小封严流量.在不同旋转雷诺数下,用压力参数法估算了最小封严流量,所得结果与公开发表的经验关系式计算得出的一致.

关键词：航空发动机涡轮级轮缘封严燃气入侵旋转诱导

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涡轮盘腔燃气入侵及间隙剪切涡特性分析

推进技术 2023年第10期44卷 92-101页

作者：白涛杨青真刘建张晶辉张建华白进西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 西安航空学院飞行器学院陕西西安710077 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所四川绵阳621000

为揭示转-静相互作用下的非定常燃气入侵机理及轮缘大尺度涡结构的产生机制,对带有轴向封严结构的1.5级高压涡轮装置进行三维非定常数值模拟,结合实验结果和盘腔内的经典流动理论对数值方法进行了验证。研究结果表明:转子前缘压力势场... 详细信息

为揭示转-静相互作用下的非定常燃气入侵机理及轮缘大尺度涡结构的产生机制,对带有轴向封严结构的1.5级高压涡轮装置进行三维非定常数值模拟,结合实验结果和盘腔内的经典流动理论对数值方法进行了验证。研究结果表明:转子前缘压力势场是造成旋转燃气入侵的主导因素。轮缘间隙内的间隙剪切涡是构成轮缘三维非定常流动的主要原因,其强度受到入侵燃气和出流冷气的径向速度、切向速度梯度以及上游边界层共同影响;间隙剪切涡周向方向的旋转有利于加快入侵燃气从动盘侧迁移至静盘侧,缩小动、静盘封严效率差异,当封严流量从0.5%降低到0.25%时,盘腔出口动静盘侧封严效率差值增大175%;间隙剪切涡与旋转泵效应的相互作用对于主流高温燃气在径向方向入侵盘腔具有抑制作用;由燃气入侵机制和间隙涡特性可以得出:文中盘腔出口设置在更靠近转子前缘位置对于提升轮缘密封性能具有正向意义。

关键词：涡轮盘腔燃气入侵间隙剪切涡轮缘非定常效应轮缘密封性能

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1.5级涡轮实验台前腔燃气入侵实验

航空动力学报 2013年第12期28卷 2746-2751页

作者：张灵俊罗翔余鸿鹏郭隽北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

在1.5级涡轮实验台上,针对不同转速和不同封严质量流量,分别采用稳态压力测量、瞬态压力测量和二氧化碳体积分数法对燃气入侵现象进行了实验研究,以确定不同工况下主流的动静叶相互作用对燃气入侵的影响以及入侵到盘腔的燃气在腔内与冷... 详细信息

在1.5级涡轮实验台上,针对不同转速和不同封严质量流量,分别采用稳态压力测量、瞬态压力测量和二氧化碳体积分数法对燃气入侵现象进行了实验研究,以确定不同工况下主流的动静叶相互作用对燃气入侵的影响以及入侵到盘腔的燃气在腔内与冷气的掺混过程.结果表明:静叶后的时均压力在周向有明显的周期分布,部分区域封严环外的压力高于腔内压力,且随着封严质量流量增加,这一区域逐渐缩小;动叶扫掠带来同频率的压力波动,对于燃气入侵的发生有着重要的影响;通过二氧化碳体积分数实验获得了最小封严质量流量,并得到在封严质量流量不足情况下燃气沿着静盘侧入侵盘腔的结果.

关键词：航空发动机涡轮盘腔旋转燃气入侵封严

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涡轮级燃气入侵的理论分析及数值模拟

推进技术 2014年第11期35卷 1511-1516页

作者：朱莉娅罗翔徐国强田淑青北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中航商用航空发动机有限责任公司设计研发中心上海201108

为了分析航空发动机涡轮级中的燃气入侵现象,提出一种研究封严间隙处流动规律的理论方法,并采用全环模型进行了数值模拟。在该理论方法中,动盘旋转、封严冷气、外环主流对流动的影响用三个特征速度来表征;它们的相互作用用速度比来描述... 详细信息

为了分析航空发动机涡轮级中的燃气入侵现象,提出一种研究封严间隙处流动规律的理论方法,并采用全环模型进行了数值模拟。在该理论方法中,动盘旋转、封严冷气、外环主流对流动的影响用三个特征速度来表征;它们的相互作用用速度比来描述。数值模拟结果表明:随着速度比的变化,封严间隙处呈现燃气沿静盘入侵、燃气基本不入侵以及燃气沿动盘入侵等三种流动形式。利用速度比的影响规律,可初步判断封严间隙处的燃气入侵情况以及最小封严冷气流量。

关键词：航空发动机涡轮级燃气入侵理论分析全环模型

燃气轮机涡轮盘腔燃气入侵与封严技术研究进展

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热能动力工程 2021年第6期36卷 1-8页

作者：贾兴运何立东王文昊柴柏青北京化工大学机电工程学院北京100029 北京航星机器制造有限公司北京100029

涡轮轮缘间隙燃气入侵及封严技术是燃气轮机领域研究的热点和难点问题。本文针对转-静盘腔内部流动及轮缘密封、多物理场环境下热运行轮缘间隙、封严扫吹流与主流相互作用进行综述,分析并总结了燃气入侵与封严技术的未来研究重点和发展... 详细信息

涡轮轮缘间隙燃气入侵及封严技术是燃气轮机领域研究的热点和难点问题。本文针对转-静盘腔内部流动及轮缘密封、多物理场环境下热运行轮缘间隙、封严扫吹流与主流相互作用进行综述,分析并总结了燃气入侵与封严技术的未来研究重点和发展趋势,包含非定常多模态高温燃气入侵理论、轮缘间隙大尺度涡系结构演化规律及封严扫吹流径向迁移机制及损失机理等。

关键词：燃气轮机涡轮盘腔轮缘密封燃气入侵封严技术