涡轮导叶端壁流向间隙对叶栅通道流场影响研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号：102870218-S022学科分类号：080701硕士学位论文涡轮导叶端壁流向间隙对叶栅通道流场影响研究研究生姓名何康学科、专业工程热物理研究方向传热与传质指导教师毛军逵教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchoftheEffectoftheLeakagefromTurbineInte

2、r-PlatformGapontheCascadesPassageFlowFieldAThesisinThermalPhysicsEngineeringbyHeKangAdvisedbyProf.MaoJunkuiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰

3、写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要为了适应航空发动机工作历程中冷热尺寸变化，涡轮导叶端壁之间存在着安装缝隙，冷却空气会通过该间隙，进入涡轮叶栅通道内，改变燃气流动特性甚至会影响涡轮叶片的温度分布规律。本文通过热线风速仪测量和三维雷诺平均的仿真方法，分析了泄漏流造成的叶栅流场

4、影响，特别是二次流的变化。对于减少安装间隙泄漏的负面影响，提高涡轮叶栅效率等有着重要的理论意义和实用价值。首先，针对NASA的C3X叶型构建了低速导向器叶栅模型，应用实验和仿真综合方法研究了不同泄漏次流和不同主流工况下的端壁泄漏特性，重点分析了流场特性，二次流特征和叶栅损失等。研究中发现，随着次流比的增加，增生涡增强，马蹄涡受到挤压抬升，强度减弱，叶栅出口的面平均压力损失和二次流动能也增加。当主流比不超过1时，端壁通道涡的最大强度减小，分离涡和附着涡也减弱。随着主流比的减小，叶栅出口面平均压力损失降低，并趋向于定值。随后，利用三维数值仿真方

5、法研究了间隙深度和间隙安装偏斜角度的影响。计算结果表明，不同的偏斜角度对于叶栅通道中的涡系有重要影响，通道涡，分离涡和附着涡都产生了相应的变化。当间隙偏向通道压力侧30°时，叶栅损失相对最小。综合叶栅尾缘面的平均压力损失和二次流动能的分析，发现合适的间隙深度可以一定程度地减少叶栅损失。最后，考虑涡轮上游进口热斑的影响，进一步研究了涡轮进口热斑和端壁间隙泄漏在一整级涡轮叶栅中的相互作用机制。在静子中，泄漏流的存在可以有效降低静子端壁和叶片吸力面的温度。在转子中，上游间隙中泄漏喷射的冷气一方面能够有效冷却转子端壁前部，另一方面能够有效地削弱转子

6、中热斑向压力面的迁移，降低转子压力面的高温。关键词：端壁安装间隙，泄漏流，热线风速仪，叶栅二次流，叶栅损失，热斑I涡轮导叶端壁流向间隙对叶栅通道流场影响研究II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTDuringtheoperationoftheaero-engine,theguidevanesexpandastheyareexposedtohightemperatureenvironment.Thus,inpractice,thereexistsinevitablyagapcalled“inter-platformgap”alongt

7、hematingsurfacesoftheindividualstatorunits.Thecoolgasinenginecavitycouldentertheturbinecascadepassagethroughthegapchangingtheflowandeventemperaturecharacteristics.Thepresentthesisstudiestheeffectoftheleakageonthecascadeflowcharacteristics,especiallythesecondaryflow,usingth

8、ecombinedmethodsofConstantTemperatureAnemometer(CTA)experimentsandnumericalsimulationsbas