导向器尾缘结构面积变化对涡轮性能的影响

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1、RESEARCH研究论文导向器尾缘结构面积变化对涡轮性能的影响马晓峰1。冯凯凯2，宋文艳2(1．海军装备部，西安710021；2．西北工业大学动力与能源学院，西安710072)[摘要】涡轮导向器尾缘的精细结构由于加工误差的存在，会导致流道流通面积的改变，进而会使涡轮性能发生改变。从实际工程问题出发，采用数值模拟的方法，研究了某型发动机低压涡轮导向器尾缘的“劈缝”冷却结构由于变形导致的尾缘前后(叶盆尾缘处流道面积兀和叶背尾缘处流道面积疋)面积变化对涡轮流场和性能的影响。研究结果表明：在设计状态下，涡轮的喉道为疋；当疋大于设计值时，涡轮功率和涡轮流量变大，

2、涡轮效率和涡轮功变小，但是涡轮的功率存在一个最高值的乃；当瓦大于设计值时，涡轮效率和涡轮功增加。关键词：劈缝；尾缘；涡轮效率；涡轮功InfluencesoftheAreaChangesoftheTrailingEdgeStructureoftheGuideontheTurbinePerfoIrmanceMAXiaofen91。FENGKaikai2，SONGWenyan2(1．NavalEquipmentDepartment，Xi’an710021，China；2．SchoolofEngineandEnergy,NorthwesternPolytech

3、nicalUniversity,Xi’an710021，China)IABSTRACTJThefinestructureofthetrailingedgeoftheturbineguideleadstoachangeintheflowareaoftheflowpathduetomachiningerrors，whichinturncancauseachangeinturbineperformance．Numericalsimulationmethodisusedforthetrailingedgeofslotcoolingstructureinalow

4、—pressureturbineguidetostudytheflowfieldandperformancecausedbythefrontandrearofthetrailingedge(theareaofflowpassageinsuctiontrailingedgeis正andtheareaofflowpassageinpressuretrailingedgeis疋)areachanges．Theresultsshowthatinthedesignstate，thethroatofturbineis疋．When疋isbiggerthanthati

5、nthedesignstate，therateofworkandmassflowoftheturbinewillbecomebigger,andtheturbineefficiencyandturbinepowerwillbecomesmaller,butithasanice疋tolettherateofpowercomestomaximumvalue．WhenTIisbiggerthanthatinthedesignstate，theturbineefficiencyandturbinepowerwillincrease．Keywords：Slot；

6、Trailingedge；Turbineefficiency；TurbinepowerDOI：10．16080／j．issnl671—833x．20l6．23／24．095随着航空发动机对于高性能的要求，涡轮前燃气温度也越来越高，为了涡轮叶片的寿命和安全可靠工作，需要对叶片采用气冷技术ll-31。目前涡轮叶片常采用在尾缘劈缝和开孑L等形式来对尾缘进行冷却14-510叶片尾缘的复杂结构会降低其制造精度，而涡轮流道的喉道面积也会随之受到影响，这将对涡轮的性能产生影响16-81。评估涡轮叶片尾缘的加工误差对流道面积和涡轮性能带来的影响具有重要的工程应用价值。

7、文献[9—11]认为在有效地控制各种误差来源后，采用数值模拟的方法可以较好地模拟带冷气掺混的涡轮通道流场。由于工程问题的特殊性，除石德永等”列研究了导向器尾缘厚度变化对涡轮性能影响外，国内对涡轮导向器尾缘由于加工误差和变形对涡轮性能的影响研究较少。本文采用i维数值模拟的方法，对某型发动机的低压涡轮流场和性能进行了计算，并对比了尾缘前后不同流道面积下涡轮性能的变化。1物理模型和计算方法1．1物理模型物理模型为某型发动机低压涡轮的导向器和工作轮，其中低压涡轮导向器和工作轮的叶片数分别为45和86。图l和图2给出了涡轮的模型图和导向器尾缘“劈缝”的模型图。为

8、了提高计算效率，同时考虑到涡轮工作的周期性，在计算中导向器和T作轮都只取一个周期作为计算的流场