涡轮叶尖空腔造型数值分析

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1、第43卷第l期2013年1月航空计算技术AemnauticalComputingTechniqueV01．43No．1Jan．2013涡轮叶尖空腔造型数值分析杨洋，乔渭阳，杨杰，李天禄(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：对某高压涡轮第一级的转子叶尖进行空腔造型处理，并在级环境下对原始叶片和修型叶片进行数值模拟。详细分析了叶尖空腔造型对泄漏流流场的影响，计算比较了不同空腔深度对涡轮效率、泄漏流流量的影响。结果表明：通过对涡轮叶尖进行空腔造型处理，可削弱通道涡和泄漏涡，使泄漏流流量下降，改善出口流场，提高涡轮效率。空腔深度对涡轮效率有较

2、大影响，且存在最佳深度值．在最佳深度值下涡轮效率提高约0．24％。关键词：叶尖泄漏流；通道涡；数值模拟；空腔结构；涡轮效率中图分类号：V231文献标识码：A文章编号：167l一654x(2013)ol，0093一04N哪ericalAnaKsisofCaVityStructureatBladeTipYANGYang，QIAOWei-yang，YANGJie，UTian-lu(sc危00Z矿P0训ero蒯E船_缈，Ⅳon危埘es￡emPo加ec^凡icnZ‰i钾邢妙，艇’on710072，舭i胍)Abstract：Asteadysimulationofah

3、igh—pressuIeturbine’sfirststagewasconductedtoinvestigatetheefkctsofthepassivecontmlofanimpmvedrotor’sbladetipwithcavitystmcture．Difkrentinnuencesonemciencyandmassnowoftip1eakagenowfordiHbrentcavitydepthofthestlllcture日werecompared．Thesimulationresultsindicatethat：thepassivecontro

4、lmethod，acavitystlllctureinmtor7sbladetip，couldweakenpassagevortexandtipleakagevortex，reducethemassnowoftipleakageⅡow，improVetheoutletnow6eldoftheturbineandraisetheemciencyoftheturbine．Theturbineemciencyisrelatedtothedepthofthecavitystmcture日，thereisanoptimalvalueofH，wheretheturb

5、inee佑ciencycanin-creaseby0．24％comparedwithoriginalturbine．Keywords：tipclearancenow；passageVortex；numericalsimulation；caVitystmcture；turbineemciency引言叶尖泄漏流是叶轮机械转子中最普遍和有影响的流动现象之一。泄漏流从吸力面流出时与主流相互作用形成泄漏涡。泄漏流对涡轮的气动损失、传热和下游流场的非定常性有着重要影响，涡轮中大约三分之一的损失与叶尖泄漏流动有关¨1，因此采用相关控制措施，尽量减小涡轮叶尖间隙泄漏流动

6、产生的负面影响，是涡轮叶尖间隙研究的重要课题。在采用被动控制措施控制泄漏流方面，瑞典联合理工学院叶轮机械实验室在利用迷宫式密封控制泄漏流方面做了大量工作12。4j。文献[5]分别对GE—E3叶片平叶尖、单吸力边加肋条和叶尖边缘均加肋条的泄漏流和叶尖传热进行了数值模拟。在叶尖空腔造型方面，德国达姆施塔特工业大学燃气涡轮与航空推进系统学院对一个1+1／2对转涡轮叶尖方形空腔结构进行实验研究与数值模拟№J，埃及塞科港大学工程学院对涡轮叶尖方形空腔结构进行数值研究，详细分析了间隙流场结构"J，韩国航空航天大学航空航天与机械工程学院对不同的叶尖造型进行了数值模拟研

7、究‘8J。在国内，涉及到叶尖空腔结构的研究很少。西北工业大学李伟一一叫对密封结构进行了深入的数值研究。南京航空航天大学白花蕾¨川对指式封严密封泄漏特性进行实验研究，曹传军等人对逆向漩涡发生器在涡轮叶尖的应用进行了数值模拟研究[12。13‘。哈尔滨工业大学王仲奇教研组[141对叶片弯曲对间隙流动的损失进行实验研究。本文在设计点状态?对某型涡轮第一级高压涡轮转子叶尖未采用空腔造型的原始叶片和采用空腔造型的叶片进行定常数值研究，对比分析了未造型的原始叶片和造型叶片流场结构的区别，最后计算比较了涡轮效率和转子泄漏流流量。收稿日期：2012一12—20基金项目：国

8、防预研项目资助作者简介：杨洋(1989一)，男，江西乐平人，硕士研究生，主要研究