不同叶顶结构的间隙流场及对涡轮性能的影响

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1、第41卷第6期2015年12月航空发动机AeroengineV01．4INo．6Dee．2015不同叶顶结构的问隙流场及对涡轮性能的影响贾小权，黄东煜，赵雄飞(中国人民解放军海军驻哈尔滨703所军事代表室，哈尔滨150001)摘要：为了给涡轮叶顶结构的选择提供参考，采用数值方法和标准k-w方程湍流模型，分别研究了带冠和不带冠涡轮叶顶间隙泄漏流动状况及其对涡轮气动性能的影响，同时考虑不同间隙高度的影响。结果表明：不带冠涡轮的叶顶间隙流动是由近叶顶横向压差驱动，且在不同间隙下泄漏涡和通道涡的发展规律并不一样；而带冠涡轮的间隙流动是由上下游压差驱动，且泄漏流与主流掺混损失是泄漏损失

2、主要组成部分。带冠涡轮叶顶间隙泄漏损失要小于不带冠涡轮的。关键词：涡轮；间隙泄漏；掺混损失；叶冠；航空发动机；流场中图分类号：V231．3文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2015．06．014lnfluenceofTipClearanceFlowofDifferentBladeTipStructuresonTurbinePerformanceJIAXiao—quan，HUANGDong—yu，ZHAOXiong—fei(703InstituteofPLAMilitaryRepresentativeOfficeinHarbin)Abs

3、tract：Inordertoprovidereferenceforthechoiceofturbinebladetipstructureinspecificapplication，numericalstudywasperformedbysolvingsteadycompressibleReynolds—averagedN-Sequationsinconjunctionwiththestandard％吲two—equationturbulencemodel．Thenumericalsimulationwasperformedtoinvestigatetipleakageflo

4、wconditionsandtheireffectsonturbineaerodynamicperformanceinunshroudedandshroudedturbines，takingintoaccounttheeffectofdifferentgapheights．Theresultsshowthatleakageflowisdrivenbythelateralpressurenearthetipforunshroudedturbinetip．Fordifferentgapheights，thedevelopmentlawbetweentheleakagevortex

5、andthepassagevortexarenotthesame．Forshroudedturbines，theclearanceflowisdrivenbythestreamwisepressuredifference，andthemixinglossesbetweentheleakageflowandthemainstreamflowareamajorcomponentoftheleakagelosses．ThebladetipleakagelOSSoftheshroudedturbineiSsmallerthanthatoftheunshroudedturbine．Ke

6、ywords：turbine；tipleakageflow；mixinglosses；bladeshroud；aeroengine；flowfield0引言叶顶泄漏流动是涡轮动叶实际运行过程中不可避免的，带来了一系列影响。对于涡轮级来说，叶顶泄漏会阻塞主流道，恶化叶顶换热情况，减小叶尖附近叶片载荷，带来间隙泄漏损失，而且叶尖泄漏流在与主流掺混也会使下游静叶产生攻角损失呻I。涡轮的流动损失中约有1／3是由叶顶间隙泄漏流动引起的[3I。因此，对叶顶泄漏机理进行研究进而进行优化设计是十分必要的。对于涡轮泄漏流的研究从20世纪50年代开始，Rainsf4l于1954年对静叶根部和动叶

7、顶部的间隙泄漏流动进行了试验研究，建立了间隙泄漏损失模型；很多学者在80年代对涡轮间隙泄漏进行进一步研究酗l，在涡轮平面叶栅上进行试验；90年代后，计算流体软件技术的发展使得泄漏研究进人了新时期[7-9]，更多通过试验和数值模拟的对比研究进一步深入了解了泄漏机理陋“I。但是对流动的详细阐述还是很缺乏。为了减小涡轮叶顶间隙泄漏损失，一般设计为动叶带冠，并在冠上安装多道密封齿，以阻止气流跨叶顶的横向二次流动。然而，密封腔内的流动非常复杂，并且涡轮带冠引入了冠进出口槽结构，这些结构均对主流产生重要影响。Den