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蜂窝机匣对涡轮级性能影响的数值研究

蜂窝机匣对涡轮级性能影响的数值研究

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作者：郭玉杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着叶轮机械向高温、高压、高负荷、高转速方向的发展,叶顶泄漏损失成为一项重要损失。密封结构选取是降低泄漏损失、提高效率的关键。本文采用数值模拟的方法,对比研究涂层机匣和蜂窝机匣下涡轮级流场的定常/非定常特性,为工程上密封... 详细信息

随着叶轮机械向高温、高压、高负荷、高转速方向的发展,叶顶泄漏损失成为一项重要损失。密封结构选取是降低泄漏损失、提高效率的关键。本文采用数值模拟的方法,对比研究涂层机匣和蜂窝机匣下涡轮级流场的定常/非定常特性,为工程上密封结构的选择提供理论参考。在定常计算中,密封结构改善了静叶通道上半部分的流动,降低了吸力面低压区范围以及尾缘处的激波损失。通过降低顶部间隙的通流面积,增大机匣的阻滞作用,密封结构可以有效的减小泄漏量,降低泄漏涡强度,提高涡轮级效率与做功能力。动静叶栅的相对运动导致上游静叶尾迹、激波周期性通过动叶通道,经历切割、迁移、衰退等过程,与动叶通道内流体相互作用,降低了涡轮级效率。静叶流场的非定常性主要集中在静叶尾缘处,而动叶整个流道都受影响,进行周期性改变。动静叶干涉改变了叶顶间隙压力场,使泄漏强度周期性改变。当叶片两侧压差较大时,泄漏量增大,泄漏损失增加。由于上通道涡的阻挡作用,相对于动叶中部截面,上游对顶部截面的干涉作用较弱。蜂窝机匣将流经的流体分割成小涡流,增大了耗散量,同时腔内反冲出来的流体形成密封屏障,增大流动阻力,从而达到封严效果。与涂层机匣相比,蜂窝密封能更好的减少顶部泄漏量,延迟了泄漏涡的发展,降低了泄漏涡、顶部激波的强度,增大了涡轮级的做功能力,但是由于泄漏涡的位置靠下,增加了与通道涡的掺混程度,增大流动的气动损失,降低涡轮级的效率。在非定常分析中,动叶气动力脉动主要是由一倍频引起的,蜂窝机匣下动叶的一倍频的扰动振幅小于涂层机匣下的一倍频扰动振幅。

关键词：涡轮级泄漏损失蜂窝机匣涂层机匣定常特性非定常特性

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