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1、微型燃气轮机向心透平内部流动分析第38卷第2期2009年6月热力透平THERMALTUR8INEVol.38No.2Jun2009微型燃气轮机向心透平内部流动分析康婷，李雪松,顾春伟(1.清华大学热能工程系?热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084;2.中国一航沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要:对某2.6kw微型燃气轮机向心透平叶轮进行了全三维粘性数值模拟.分析了设讣工况下通道屮的二次流动现象，各个涡系的发展以及不同叶尖间隙对流动的影响.结果表明:通道内吸力面侧二次流动明显，由于通道涡，泄漏涡的共同作用，叶轮的损失主要集中于
2、吸力面侧靠近叶顶区域;叶轮顶部间隙增加,透平叶轮通流能力下降较慢，而效率降低较快.由于刮削流的影响，使得径向间隙变化对透平效率和质量流量的影响要比轴向间隙更明显.关键词:微型燃气轮机;向心透平;二次流;叶顶间隙中图分类号:TK472文献标识码:A文章编号:1672-5549(2009102一0078一04FlowCharacteristicsoftheRadiallnflOWTurbineRotorofaMicroGasTurbineKANGTing._.L,Xue-song.GUChun—wei(1.KeyLaboratoryforThenna
3、lScienceandPowerEngineeringofMinistryofEduc.Dept.ofThennalEngineering,TsinghuaUniv.,Beijing100084,China;2AVIC1ShenyangAeroengineResearchlnstitute,Shenyang110015,China)Abstract:Theflowcharacteristicsoftheradialinflowturbinerotorofthemicrogasturbinewereanalyzedbythe3-Dviscousco
4、de.Theflowbehavioratthedesigningpointwasarmlyzed.ResultsshowthatsecondaryflowclosedtOthesuctionsurfaceisoneofthemainreasonsofthelossduetOthecombinedactionofflowpathvortexandleakingvortex.Morever.fluxdecreasesslowlyandefficiencydecreasesfastlywhenthetip•clearancebecomeswide.Re
5、sultsalsoshowthattheradialtipclearancehasmoreeffectonthestageefficiencythantheaxialtipclearance・Keywords:microgasturbine;radialinflowturbine;secondaryflow;tipclearance0引言向心透平具有大焙降，高转速,高膨胀比等特点，即使在流量较小的设计条件仍然可以获得较高的效率.由于向心透平结构紧凑，造价低廉，在微小型燃气轮机上获得广泛应用.近年来，国内对向心透平的研究工作逐渐开始重视.刘红政,戴
6、韧等1」］对75kW微型燃气轮机中涡轮级内的流动进行了数值研究;温泉［.等设计了厘米级微型航空发动机向心涡轮,并对其进行了试验研究和数值模拟;丰镇平等［3］针对透平动叶顶部间隙对透平性能的影响进行了深入研究.国外在这方面开展的研究则较多，较深入，Huntsman和Hodson等人［4］对向心涡轮转子叶轮在设计点与非设计点下边界层的发展状况作了大量研%;T.Kreuz-lhli等_5］对向心透平进行了非稳态的实验研究和数值研究;Dambach
7、6］研究了向心涡轮叶轮顶部间隙泄漏流动•本文运用商业软件NUMECA对某2.6kW燃气轮机的透平叶轮进行数
8、值模拟计算，对其设计状况下的内部流场进行分析.1数值方法叶轮网格釆用H—I型，网格总数477852.收稿日期:20“08—1O—27作者简介:康婷(1986一)，女,2008年本科毕业于清华大学热能工程系，现工作于中国一航沈阳发动机设计研究所.本文为2008年中国动力工程学会透平专委会论文研讨会宣读论文.第2期热力透平79计算采用簡用计算流体力学软件NUMECAFine-Turbo求解雷诺时均Navier—Stokes方程组,湍流模型采用S-A一方程模型，空间差分采用中心格式,采用多重网格计算.一a叶轮轮毂表面极限流线b叶轮露壳表面极限流线c叶片
9、吸力面表面极限线d叶片压力两表面极限流线图1固壁表面极限流线图谱通过计算可知，叶轮在设计工况下有20.左右的负冲角•图1(a)所示为叶轮
