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叶尖泄漏流和引射效应对跨声速串列转子失速机制的影响

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航空动力学报 2017年第6期32卷 1470-1480页

作者：韩乐袁巍宋西镇宋明哲王延荣北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191 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

为探究跨声速串列转子的失速机制,利用数值模拟的手段对不同间隙情况的某跨声速串列转子的叶尖流场进行分析.研究发现:前排二次泄漏区会对失速产生重要影响;叶尖泄漏流和引射效应是前排二次泄漏区流场结构的决定因素,而间隙大小直接影... 详细信息

为探究跨声速串列转子的失速机制,利用数值模拟的手段对不同间隙情况的某跨声速串列转子的叶尖流场进行分析.研究发现:前排二次泄漏区会对失速产生重要影响;叶尖泄漏流和引射效应是前排二次泄漏区流场结构的决定因素,而间隙大小直接影响着两者的强弱.当前排大间隙时,叶尖泄漏流强,是前排二次泄漏区流场的主导因素,这时失速首先发生在前排;当前排间隙减小时,引射效应增强,并逐渐成为主导因素,这时前排二次泄漏区的堵塞情况得到改善,失速区域转移到后排.改变前排间隙对该跨声速转子的性能有更显著的影响,当前排为最先失速排时,改变后排间隙对串列转子性能没有显著影响.

关键词：串列转子失速机制叶尖流场叶尖泄漏流引射效应主导因素

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叶尖泄漏流对压气机稳定性影响的数值分析

航空动力学报 2021年第2期36卷 320-328页

作者：王昊屠宝锋南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为研究叶尖泄漏流对稳定性的影响,发展了一种叶尖泄漏涡模型,并且在由课题组开发的TUSIAC(three dimensional and unsteady stall inception analysis code)程序中实现。该程序将转/静子叶排模化为三维激盘,并在无叶区求解三维非定常欧... 详细信息

为研究叶尖泄漏流对稳定性的影响,发展了一种叶尖泄漏涡模型,并且在由课题组开发的TUSIAC(three dimensional and unsteady stall inception analysis code)程序中实现。该程序将转/静子叶排模化为三维激盘,并在无叶区求解三维非定常欧拉方程,黏性的影响通过特性曲线体现,因此对计算资源的要求较低。数值模拟的结果表明:在叶尖间隙的影响下,压气机的性能和稳定裕度均有所下降。叶尖间隙不改变失速先兆的类型,但使得失速团旋转速度加快,周向尺寸减小。所发展的叶尖涡模型能够预测叶尖间隙尺寸对压气机稳定边界与失速起始过程的影响,从而为在设计初期考虑压气机的气动稳定性、并且优化压气机设计,提供了一种较为实用的方法。

关键词：压气机稳定性叶尖泄漏流激盘模型计算流体力学旋转失速

周向单槽机匣处理调控高压涡轮叶尖泄漏流的数值研究

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推进技术 2023年第8期44卷 28-36页

作者：史旭阳吴艳辉范鑫西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 陕西省航空发动机内流动力学重点实验室陕西西安710129

为了验证周向单槽机匣处理调控高压涡轮叶尖泄漏流的效果,本文在GE-E3高压涡轮第一级的机匣上引入周向单槽式机匣处理,通过数值模拟手段研究了周向单槽的轴向位置、槽宽和槽深对叶尖泄漏流调控的影响及周向单槽调控叶尖泄漏流的物理机... 详细信息

为了验证周向单槽机匣处理调控高压涡轮叶尖泄漏流的效果,本文在GE-E3高压涡轮第一级的机匣上引入周向单槽式机匣处理,通过数值模拟手段研究了周向单槽的轴向位置、槽宽和槽深对叶尖泄漏流调控的影响及周向单槽调控叶尖泄漏流的物理机制。结果表明:周向单槽的引入虽然会使叶尖泄漏涡尺寸变大,但会显著降低叶尖泄漏涡及机匣通道涡的强度,使得涡轮转子通道内流动总损失降低,涡轮级效率提高。在设计工况下获得的最优结构参数的周向单槽,可以使涡轮转子通道内的流动损失相对减小9.10%,涡轮转子的效率提高0.40%,级效率提高0.85%。同时发现设计工况下获得的最优结构参数的周向单槽结构,在非设计工况时也有良好的控制效果。

关键词：高压涡轮叶尖泄漏流周向单槽涡轮效率数值模拟非设计工况

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跨声速涡轮中两种叶片叶尖泄漏流的气动性能

航空动力学报 2013年第10期28卷 2316-2325页

作者：钟芳盼周超周凯北京大学工学院航空航天工程系北京100871

采用数值模拟的方法,研究了跨声速涡轮叶栅中平面叶尖和双肋叶尖泄漏流的气动性能.平面叶尖比双肋叶尖的叶尖间隙内马赫数高,有反射激波结构;双肋叶尖的叶尖间隙内马赫数较低,没有形成明显的反射激波结构.平面叶尖和双肋叶尖的叶尖泄漏... 详细信息

采用数值模拟的方法,研究了跨声速涡轮叶栅中平面叶尖和双肋叶尖泄漏流的气动性能.平面叶尖比双肋叶尖的叶尖间隙内马赫数高,有反射激波结构;双肋叶尖的叶尖间隙内马赫数较低,没有形成明显的反射激波结构.平面叶尖和双肋叶尖的叶尖泄漏流质量流量分别为叶栅进口质量流量的3.87%和3.74%.平面叶尖的气动损失系数为0.079,双肋叶尖的气动损失系数为0.072.研究表明,双肋叶尖的气动性能要好于平面叶尖.

关键词：跨声速气动性能高压涡轮叶尖泄漏流双肋叶尖平面叶尖

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机匣造型设计对涡轮叶尖泄漏流损失的影响

航空动力学报 2015年第3期30卷 714-725页

作者：魏佐君乔渭阳时培杰赵磊西北工业大学动力与能源学院西安710072

针对带叶尖间隙的T106高负荷低压涡轮叶栅,基于耦合了Langtry-Menter转捩模型的Menters SST(shear stress transport)两方程模型,数值研究了涡轮叶片全机匣造型和部分机匣造型对叶尖泄漏损失的影响.计算结果表明:机匣造型设计的引入... 详细信息

针对带叶尖间隙的T106高负荷低压涡轮叶栅,基于耦合了Langtry-Menter转捩模型的Menters SST(shear stress transport)两方程模型,数值研究了涡轮叶片全机匣造型和部分机匣造型对叶尖泄漏损失的影响.计算结果表明:机匣造型设计的引入重新组织了叶尖区域内的涡系结构及损失成分,且这一改变明显受到机匣造型圆弧高度的影响;叶尖间隙内靠近压力面分离泡的展向尺度增大,分离泡形成的堵塞效应降低了叶尖泄漏流动能;而部分机匣造型处理可以缓解叶片通道内因局部扩张而引起的横向流动,使得出口展向损失减小区域进一步扩大,从而造成叶栅出口损失的明显下降;相对原始机匣,最大降幅可达6.1%.间隙敏感性分析表明,两种机匣造型在一定的间隙范围内能够有效降低叶尖泄漏流损失,而且部分机匣造型具有更宽的有效间隙范围和更大损失减小量.

关键词：涡轮机匣造型轴对称机匣处理叶尖泄漏流叶尖泄漏流损失控制

常用湍流模型对某低速轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测研究

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热能动力工程 2024年第1期39卷 23-32页

作者：庄昕伟安广丰赵永康刘宝杰中国航空发动机研究院北京101300 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191

为了研究常用湍流模型对轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测能力,对某低速轴流压气机进行了实验研究及数值模拟,对比分析了不同湍流模型预测的转子叶尖泄漏流的流场分布、旋涡特性以及堵塞特性与实验结果的异同。结果表明:对于转子叶尖泄... 详细信息

为了研究常用湍流模型对轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测能力,对某低速轴流压气机进行了实验研究及数值模拟,对比分析了不同湍流模型预测的转子叶尖泄漏流的流场分布、旋涡特性以及堵塞特性与实验结果的异同。结果表明:对于转子叶尖泄漏流的旋涡特性,在近失速点,k-ω模型预测的转子叶尖泄漏涡轨迹的斜率和位置在周向上的分布以及泄漏涡涡核的面积与实验结果最接近;对于转子叶尖泄漏流堵塞特性,在堵塞系数达到峰值之前,BSL模型的预测结果与实验结果最相近,而在堵塞系数达到峰值之后k-ε模型的预测结果与实验结果最相近,虽然k-ω模型预测的堵塞系数在整个流向位置都偏高,但堵塞系数沿流向的分布规律与实验结果吻合最好。

关键词：湍流模型叶尖泄漏流轴流压气机

基于射流技术的涡轮叶尖泄漏流损失控制数值研究

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燃气涡轮试验与研究 2017年第5期30卷 18-25页

作者：宋杨乔渭阳上海飞机设计研究院上海201210 西北工业大学动力与能源学院西安710129

利用CFD数值模拟方法研究了GE-E^3第一级高压涡轮的端区流场。针对间隙泄漏流流场损失,采用叶尖射流的主动控制方法,分析和比较了由此对端区流场及涡轮效率的影响。结果表明:在涡轮动叶叶尖采用合适的射流孔、射流流量或射流角度,可有... 详细信息

利用CFD数值模拟方法研究了GE-E^3第一级高压涡轮的端区流场。针对间隙泄漏流流场损失,采用叶尖射流的主动控制方法,分析和比较了由此对端区流场及涡轮效率的影响。结果表明:在涡轮动叶叶尖采用合适的射流孔、射流流量或射流角度,可有效提高涡轮效率;涡轮端区流场对射流孔位置变化最为敏感,射流流量次之,而射流角度变化的作用有限;采用多孔射流方案时,涡轮效率最大可提高0.7%;采用叶尖射流主动控制的最终效果,取决于射流带来的正面作用与负面影响。

关键词：涡轮叶尖泄漏流射流流场主动控制数值模拟

串列叶栅和叶片弯曲对角区失速和叶尖泄漏流的耦合作用

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风机技术 2021年第1期63卷 1-11页

作者：高玺曹志远邓莉平宋澄张翔西北工业大学动力与能源学院四川轻化工大学

为了提高压气机叶栅的气动性能,本文针对高负荷串列叶栅进行数值模拟,研究了叶片正弯和串列叶栅对角区失速和叶尖泄漏流的耦合作用。结果表明,在串列叶栅前叶排存在比较严重的角区失速,叶片正弯能有效控制高负荷串列叶栅中的角区失速,... 详细信息

为了提高压气机叶栅的气动性能,本文针对高负荷串列叶栅进行数值模拟,研究了叶片正弯和串列叶栅对角区失速和叶尖泄漏流的耦合作用。结果表明,在串列叶栅前叶排存在比较严重的角区失速,叶片正弯能有效控制高负荷串列叶栅中的角区失速,在最优工况叶栅总损失降低了37.6%。串列叶栅中只有"前排叶片弯曲"的方案能取得与"两排叶片都弯曲"方案相似的控制效果,但由于"两排叶片都弯曲"方案对两排叶片都有控制作用,从而获得了更低的总压损失。叶尖泄漏流可以有效控制上端壁处的角区失速,同时也会带来泄漏流损失。叶尖间隙越大,叶栅的总压损失越小,叶栅中涡结构也会越复杂。大间隙下,叶尖泄漏涡和通道涡的位置与一般压气机叶栅不同,两排叶片各自生成的泄漏涡会在叶栅后汇聚成一个涡,通道涡由叶栅中的低能流体与一部分泄漏流组成。弯曲叶片主要作用是控制角区失速,对叶尖泄漏流的影响不明显。

关键词：串列叶栅叶片弯曲角区失速叶尖泄漏流

涡轮叶片凹槽叶顶流动特性及叶尖间隙泄漏流研究

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涡轮叶片凹槽叶顶流动特性及叶尖间隙泄漏流研究

作者：沈鑫垚南京航空航天大学

学位级别：硕士

间隙泄漏流对涡轮传热及内部流动损失有显著的影响,了解泄漏流流动机理并采取措施降低泄漏流产生的不利影响,能提升涡轮的气热性能。目前对于平顶叶片及凹槽叶片,间隙及凹槽内流场结构实验探究较少。因此本文探究了叶片间隙及吸力侧流... 详细信息

间隙泄漏流对涡轮传热及内部流动损失有显著的影响,了解泄漏流流动机理并采取措施降低泄漏流产生的不利影响,能提升涡轮的气热性能。目前对于平顶叶片及凹槽叶片,间隙及凹槽内流场结构实验探究较少。因此本文探究了叶片间隙及吸力侧流场的变化,分析叶顶开槽对流场的影响,同时关注凹槽内流场结构,探究了进口雷诺数Re及凹槽深度比d/H对流场结构的影响,完善叶顶区域流动机理和凹槽叶片间隙泄漏流抑制技术的研究。在开展静止叶栅实验前,首先需要对叶栅通道周期性和PIV测试精度进行验证。实验结果表明:风洞出口最大湍流度为9.2%,满足实验需求;同时对比目标叶片两侧平均速度,相对误差小于6%,验证了设计的叶栅通道能满足实验周期性要求;最后,通过经典单圆孔稳态射流实验,得到轴向平均速度和脉动速度与参考实验值最大误差为1.3%和4.1%,由此验证了PIV测试精度满足要求。其次,在叶栅实验台上开展了平顶及凹槽叶片泄漏流流动特性实验,通过PIV技术对比间隙及叶片吸力侧流场,同时探究了凹槽内流场变化。实验结果表明:从前缘到尾缘泄漏涡逐渐增强,尺寸范围增加,并逐渐偏离叶片吸力侧。泄漏流在凹槽中分离再附,形成大尺度涡,旋涡沿叶高方向向间隙发展,对泄漏流有阻碍作用,从而减小泄漏流量,降低泄漏损失。然后,通过改变进口雷诺数Re及凹槽深度d/H等获得不同叶顶结构下凹槽及主流通道内流场结构特征。实验结果表明:随着雷诺数增大,凹槽内及吸力侧流体的速度梯度增加,高涡量区域增大,泄漏涡与主流流体卷吸作用增强,凹槽对泄漏流的控制效果越明显。随着凹槽深度增加,泄漏涡区域流速降低,泄漏损失降低,但存在最佳凹槽深度,在达到最佳凹槽深度后,凹槽对泄漏流的影响降低。最后,针对泄漏流流动换热特性数值进行仿真研究。仿真结果表明:在间隙高度为1.5%时,凹槽深度比为5%时相对泄漏量最低,同时间隙内的总压损失最小,此时最有利于泄漏流量控制,在此基础上继续增大凹槽深度,对泄漏流的控制效果已不明显。凹槽结构能够降低叶顶表面的平均换热系数,随着凹槽深度增加,叶顶平均换热系数减小。在凹槽深度比为5%时,凹槽叶顶、吸力侧及底部存在最大换热系数,会对叶片性能造成一定影响。

关键词： GE-E3涡轮叶片凹槽叶顶构型粒子图像测速流场结构叶尖泄漏流