转速对涡轮叶顶间隙泄漏掺混的影响-论文.pdf

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1、第27卷第3期《燃气轮机技术》Vo1．27No．32014年9月GASTURBINETECHNOLOGYSep．，2014转速对涡轮叶顶间隙泄漏掺混的影响李钰洁，刘永葆，贺星(海军工程大学动力工程学院，武汉430033)摘要：转速影响着涡轮转子叶顶间隙的流场分布，泄漏流与主流之间的相互作用改变了主流通道的流场结构。对叶顶间隙大小分别为0．4mm、1mm，转速为0r／min、3500r／min、6000r／min时的1．5级涡轮进行三维数值计算，结果表明：随着叶顶间隙的增大，间隙泄漏涡以及叶顶分离涡尺寸增大，对主流的阻塞作用更加明显；转速增加降低了泄漏掺混损失，0．4mm间隙时，掺混损失

2、与转速之间基本呈线性关系，1mm间隙时，掺混损失随转速的增加变化相对较大，转速对掺混损失的影响更加明显。关键词：叶顶间隙；涡轮转子；旋转；泄漏涡；掺混损失中图分类号：V231．3文献标识码：A文章编号：1009—2889(2014)03—0032—05为降低转子叶片的机械重量及产生的机械应隙的涡流动态特性在决定间隙损失上占很大作用。力，许多现代燃气轮机将涡轮转子叶片设计成不带Anker等r通过实验与数值模拟相结合的方法，认冠状，但由此产生的叶顶间隙会造成气动损失并降为泄漏流不但导致了掺混损失，并且诱导了二次流低涡轮效率。的形成，致使下游导叶发生气流分离。王大磊通对现代燃气轮机而言，涡轮

3、叶片顶部泄漏损失过研究间隙高度对涡轮陛能及二次流损失分布的影造成的效率降低与间隙大小成比例，Moore⋯研究指响，认为间隙泄漏流与主流掺混造成的掺混损失是出无叶冠涡轮由于叶顶间隙泄漏造成的损失占总损间隙泄漏损失的主要来源之一。失的三分之一左右。Mohammad研究了叶顶间隙Xiao_9以及McCarterllo]通过实验的方法给出对涡轮气动性能的影响，认为泄漏流对下一级静叶了旋转装置中平顶叶片的压力场与速度场分布。的气流人口冲角有较大影响，可导致显著的二次流Srinivasan_1认为叶片转动使得叶片压力面与吸力损失。面静压差减小，叶片转动对间隙流动损失的影响使间隙泄漏损失主要分为间隙

4、内损失和泄漏流离得在相同间隙高度时通过间隙的流量可下降9％。开间隙后与主流掺混造成的掺混损失。Denton_3认Tallman【12]等认为叶片转动可以增强近壁面二次流，为泄漏损失主要是由顶部泄漏流与主流之间的掺混叶片静止时通过间隙的流量都参与形成间隙涡，使导致，在描述泄漏流时比较常用的方法是将流动过得间隙涡尺寸增大。John【133通过实验对涡轮转子程分为两部分，首先是泄漏流穿过顶部间隙，其次是间隙在0与1．68％叶高高度的情况下，在机匣相对泄漏流与主流的相互作用。Yaras认为叶顶间隙转动时，测量了顶部间隙内的流动情况，包括泄漏流泄漏损失由第一种过程造成的占10％一15％，剩下与通

5、道二次流的流动结构，描述了间隙泄漏涡与通的85％一90％是由第二种过程造成的。Bails指道涡之间的相互作用以及转动对泄漏涡的影响。高出间隙泄漏流沿叶顶吸力边滚动形成泄漏涡，之后杰_1分析了不同的顶部间隙时，泄漏流对主流流场与转子通道主流相互掺混导致涡轮级产生总压损的影响以及泄漏流与主流的掺混对下游静叶流场的失。Huang通过数值模拟的方法，研究了叶片载影响。荷对顶部间隙涡以及掺混损失的影响，认为顶部间从公开文献来看，近几年国内外学者在涡轮叶收稿日期：2013—11—25改稿日期：2014一o1—25基金项目：国防预研基金：IC燃气轮机控制系统关键技术研究(40103O3010303)

6、作者简介：李钰洁(1987一)，男，博士生，主要研究方向为舰船动力及热力系统的监测研究。E-mail：yujieli1987@163．com。第3期转速对涡轮叶顶间隙泄漏掺混的影响33顶间隙泄漏流动领域展开了广泛的研究，取得了一1．2网格划分及无关性检验定的进展，但受实验条件和测量手段限制，同时考虑CFD计算中，精确的计算网格始终是非常重要间隙高度以及转速变化对泄漏掺混影响的研究还不的一步。本文网格划分采用Numeca软件包中的够深入，对顶部泄漏导致的气流掺混损失没有形成Autogrid5／IGG模块，计算域采用结构化六面体网统一的认识。本文通过数值模拟的方法，分析并探格，叶片近壁面及

7、叶顶间隙区域通过O型网格加强讨在不同叶顶间隙高度时，转速对涡轮气流掺混损网格质量，壁面第一层网格的Y+值控制在1，以提失的影响，所得结果可为叶顶间隙控制和优化设计高其网格质量，对叶片前缘、尾缘网格进行加密。为提供理论依据。保证计算精度，对在转速为3500r／min、叶顶间隙大小为1mm时，选取网格数分别为140万、230万、1计算模型与方法320万、400万、510万进行网格无关性检验，计算结1．1计算模型果如表3所示。在网格数到达320万之后