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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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涡轮盘腔径向封严流动的非定常数值研究

兵器装备工程学报 2021年第9期42卷 100-105页

作者：张晶辉张振扬西安航空学院飞行器学院西安710077 北京航天试验技术研究所北京100074

为揭示涡轮盘腔径向封严机理,研究了涡轮盘腔径向封严结构内非定常流动特性。结果表明:径向封严结构的轮缘搭接边阻挡了封严气体的出流,在盘腔内形成了自循环的涡核结构。在封严流量实现封严效果后,燃气入侵依然会发生在轴向及径向封严... 详细信息

为揭示涡轮盘腔径向封严机理,研究了涡轮盘腔径向封严结构内非定常流动特性。结果表明:径向封严结构的轮缘搭接边阻挡了封严气体的出流,在盘腔内形成了自循环的涡核结构。在封严流量实现封严效果后,燃气入侵依然会发生在轴向及径向封严间隙内。封严气流和入侵气流的相互影响区域局限在封严间隙内,对盘腔内影响较小,盘腔内涡核结构较为稳定,速度非定常波动小,封严气流和主流的相互影响引起导叶下游机匣壁面的静压周向不均匀程度减小,非定常性增强。在封严间隙内存在旋转的入侵和出流结构,其旋转频率低于动叶扫过静叶的频率。

关键词：径向封严结构轮缘封严机理燃气入侵非定常涡轮盘腔

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涡轮盘腔轴向封严流动的数值研究

航空动力学报 2014年第4期29卷 927-934页

作者：张晶辉马宏伟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

利用数值方法研究了轴向封严结构内的燃气入侵与封严流动.研究表明:由于封严间隙处流场参数梯度较大,封严面非匹配网格影响了数值传递从而造成封严效率数值结果偏高.定常数值模拟结果低估了导叶下游静压的周向不均匀性,同时没有考虑转... 详细信息

利用数值方法研究了轴向封严结构内的燃气入侵与封严流动.研究表明:由于封严间隙处流场参数梯度较大,封严面非匹配网格影响了数值传递从而造成封严效率数值结果偏高.定常数值模拟结果低估了导叶下游静压的周向不均匀性,同时没有考虑转静干涉,所得到的封严效率较非定常结果要高.非定常计算得到的导叶下游静压周向分布与试验结果符合较好,在盘腔子午面内形成3个涡核结构,引导静盘壁面流体流向动盘以补充动盘泵效应所需流量.封严间隙内存在旋转的燃气入侵与出流结构,燃气入侵伴随较大的切向速度,封严间隙内的封严间隙涡对封严效率有积极影响,封严面上径向速度的瞬时值为时均值的3倍以上.燃气入侵受到导叶尾缘周向静压分布和转子旋转的共同影响.

关键词：轴向封严结构轮缘封严机理燃气入侵非定常涡轮盘腔

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

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脉冲爆震涡轮盘腔压力特性试验分析

现代机械 2023年第3期 1-5页

作者：赵丹陈剑余强凌季吕学敏中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室湖南株洲412002

通过试验研究了爆震波对涡轮盘腔内压力特性的影响。结果表明:爆震波对与引气A相通的AI腔内压力并无明显影响,但对与爆震室相通的AII腔内压力有显著影响,对与爆震室相通的B腔内压力的影响小于AII腔;这一结果亦表明要想获得较为稳定的腔... 详细信息

通过试验研究了爆震波对涡轮盘腔内压力特性的影响。结果表明:爆震波对与引气A相通的AI腔内压力并无明显影响,但对与爆震室相通的AII腔内压力有显著影响,对与爆震室相通的B腔内压力的影响小于AII腔;这一结果亦表明要想获得较为稳定的腔内压力,盘腔结构最好采用双腔结构设计;为提高试验结果的准确性,在与爆震室相通的腔室内压力测点布置不少于2个;对于AI和B腔,空气系统计算结果与试验结果偏差较小,对于AII腔,空气系统计算结果与试验结果偏差较大。

关键词：爆震涡轮盘腔压力特性试验方法空气系统

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脉冲爆震涡轮盘腔温度特性试验分析

现代机械 2023年第4期 42-45页

作者：赵丹陈剑余强凌季吕学敏中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室湖南株洲412002

为了研究爆震波对涡轮盘腔内温度特性的影响,通过试验方法测量了爆震室工作在不同频率脉动来流下所模拟的涡轮各腔室内的温度随时间的变化特性。结果表明:爆震波对3个腔内温度影响较小,不存在燃气大量入侵造成腔内超温,影响涡轮正常工... 详细信息

为了研究爆震波对涡轮盘腔内温度特性的影响,通过试验方法测量了爆震室工作在不同频率脉动来流下所模拟的涡轮各腔室内的温度随时间的变化特性。结果表明:爆震波对3个腔内温度影响较小,不存在燃气大量入侵造成腔内超温,影响涡轮正常工作的问题;在脉冲爆震试验中,适当增大分气量对腔内温度变化基本没有影响。

关键词：爆震涡轮盘腔温度特性试验方法

不同进气结构反转涡轮盘腔内流动换热及涡轮盘应力分析

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内燃机与配件 2022年第22期 55-57页

作者：梁振宇史悦史晨辉中国民用航空飞行学院四川广汉618307

涡轮盘腔内气体流动结构复杂,实验研究难度较高。本文通过数值模拟的方式,对简化涡轮盘腔及盘体进行研究,通过改变进气口所在半径位,探究了不同进气位置下,腔内气体流动换热和盘体的热应力分布。其腔内流动换热随进气半径位升高而降低,... 详细信息

涡轮盘腔内气体流动结构复杂,实验研究难度较高。本文通过数值模拟的方式,对简化涡轮盘腔及盘体进行研究,通过改变进气口所在半径位,探究了不同进气位置下,腔内气体流动换热和盘体的热应力分布。其腔内流动换热随进气半径位升高而降低,中心涡胞也随之逐步解体。盘体应力集中主要在中心盘根处和盘缘处,随进气半径位升高,盘根应力集中加强,盘缘处应力集中减弱。

关键词：涡轮盘腔进气位置流动换热应力

带叶片涡轮盘腔气流增压温降特性数值模拟研究

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机械制造与自动化 2022年第1期51卷 42-44,69页

作者：郝鑫连文磊尚登阅南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

通过在涡轮盘腔内部增加叶片的方式改变盘腔内部流动结构,从而降低旋转系下的相对总温。针对不同叶片结构对涡轮盘腔内部流动的影响开展数值模拟研究。结果表明:叶片叶型结构设计对内部流场的影响较大,旋流比为影响的主要因素,旋流比接... 详细信息

通过在涡轮盘腔内部增加叶片的方式改变盘腔内部流动结构,从而降低旋转系下的相对总温。针对不同叶片结构对涡轮盘腔内部流动的影响开展数值模拟研究。结果表明:叶片叶型结构设计对内部流场的影响较大,旋流比为影响的主要因素,旋流比接近于1时,增压温降效果最好;导流叶片叶型的差异对总温降增压效果的影响明显;叶片进出口半径对预旋系统整体性能有一定影响。

关键词：航空发动机涡轮盘腔内部叶片增压温降数值模拟

燃气涡轮发动机预旋系统温降和功耗的作用机制与理论分析

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中国电机工程学报 2022年第11期42卷 4090-4101页

作者：林阿强赵义祯王俊凇吴衡刘高文西北工业大学动力与能源学院陕西省西安市710129 中国航发沈阳发动机研究所辽宁省沈阳市110015 新奥能源动力科技(上海)有限公司上海市浦东新区201306

涡轮预旋供气系统内转-静盘腔和转-转盘腔的功热转换性能直接影响涡轮旋转动叶的高温热防护。文中重点开展理论分析,揭示预旋供气系统温降和功耗二者性能指标的关联机制。理论推导结果发现,系统无量纲温降和无量纲功耗特性与旋流恢复系... 详细信息

涡轮预旋供气系统内转-静盘腔和转-转盘腔的功热转换性能直接影响涡轮旋转动叶的高温热防护。文中重点开展理论分析,揭示预旋供气系统温降和功耗二者性能指标的关联机制。理论推导结果发现,系统无量纲温降和无量纲功耗特性与旋流恢复系数、预旋半径比、预旋喷嘴出口速度系数及转子马赫数变量的函数关系呈现强关联。基于能量守恒定律,系统无量纲功耗随无量纲温降增大而线性减小;当系统温降越高时,则系统功耗越低。绝热条件下,随着预旋喷嘴出口速度系数增大、转子马赫数减小,系统无量纲温降和无量纲功耗分别呈现增大和减小的趋势。因此,温降和功耗的关联机制可以有效评估预旋供气系统性能设计的优劣。

关键词：涡轮盘腔预旋供气系统功热转换温降功耗旋转比旋流恢复系数