涡轮叶顶间隙密封冷却综合特性评估方法

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1、第31卷第4期沈阳航空航天大学学报V01．31No．42014年8月Jo啪a1ofShenyangAerospaceuniVersi够Aug．2014文章编号：2095—1248(2014)04—0001—05涡轮叶顶间隙密封冷却综合特性评估方法李广超1，曹喜峰，凌旭1’2，张魏1，寇志海1(1．沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室，沈阳1101362．73602部队，南京211100)摘要：为了评估带气膜冷却涡轮叶顶间隙的密封和冷却综合特性，在强化传热综合因子中引入气膜冷却效率，推导出了密封冷却综合因子表达式。其物理含义为：主流在一定功

2、率作用并喷入一定量冷气时，被评估的传热方式与基准传热方式传热性能比。数值模拟获得了动叶顶部隔板迷宫间隙气膜冷却和密封特性数据，利用该因子对密封冷却综合特性进行了评估。结果表明：在研究的吹风比内，迷宫结构的冷却效果相比于平叶顶间隙有所改进，随着吹风比减小，改进程度先增加后减小；密封效果只有在高吹风比时有所改进。密封冷却综合特性都得到了改进，吹风比越小，密封冷却综合特性越好。关键词：涡轮；密封；冷却；综合特性；评估方法中图分类号：V231．1文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2014．04．001EValuatingmeth

3、odofintegratedsealingandcoolingperfbrmancesonthebladetipgapLIGuang—cha01，CAOXi—fen91，LmGXul”，ZHANGWeil，KOUZ【li-hail(1．LiaollingKeyLabofAdVallcedTestTechniquewimAerospacePmpulsionSystem，ShenyangAerospaceUniVersity，Shenyang110136；2．Ullit73602N删ing211100)Abstract：InordertoeValuatemese

4、alingandmec001ingperfomancesofmebladetipgap，mefilmcoolingeffectiVenessisin廿oducedintotheintegratedfactorofmeenhaIlcedheattraIlsferandfdctioncoefficient．Theintegratedfactorfo咖ulaofmesealingandtllec001ingisdeduced．Thisfactormeansmeratiosofmeper—fo肌allcesofheat仃{msferoft11eeValuatedst

5、Iucturetomebasedsmlcture．Thedataofthefilmcoolingandsealingoft11ebladetipgapwimt11ediVertplate1abyrinmisobtainedbynumericalsimulation．Theresultsshowmatmecoolingperfb珊ancesofme1abyrintllhaVebeenimproVedintherangeofthestudiedblowingratios．TheimpmVementdegreeincreasesfirsⅡyandmendeclin

6、eswimthedecreaseofmeblowingratios．Thesealingpe面rrnaIlcesimpr0Veonlyatmehighblowingratio．TheintegratedsealingaIldc001ingpe卜fomancesbotllbecomebetterwithmesmallerblowingratios．Keywords：turbomchinery；seahng；cooling；integratedpe墒珊aIlce；eValuatingmetllod密封和冷却是航空发动机设计中的两个关键技术问题。对于涡轮叶顶间隙，

7、不仅要求较少的泄漏量来提高涡轮效率，还要求对叶顶进行有效冷却，保证其不被高温燃气烧坏。Bunker提出了收稿日期：2014一01一叭基金项目：国家自然科学基金(项目编号：51306126)；航空科学基金(项目编号：2012zB54006)作者简介：李广超(1979一)，男，辽宁铁岭人，副教授，主要研究方向：航空发动机热端部件冷却技术，E—mail：ligc706@163．com。2沈阳航空航天大学学报第31卷涡轮叶顶设计的关键问题：(1)如何对间隙进行有效密封，减少间隙泄漏量，以期减小泄漏流与燃气掺混产生的涡轮气动损失。(2)如何降低热流密度，以期保证叶顶在

8、材料容许的温度范围内工作。(3)如何保证叶顶结构与机