非均匀来流对涡轮流场的影响-论文.pdf

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1、观代摘IMⅪo删dernMachine叮非均匀来流对涡轮流场的影响胡绚，张强(1．湖南大学机械与运载工程学院，湖南长沙410082；2．中国飞行试验研究院，陕西西安710089)摘要：涡轮机械的非均匀进口来流会使得涡轮的流场不均匀，从而影响涡轮的工作性能。本文根据涡轮的工作机理，建立了存在叶尖间隙的涡轮流动模型，考虑来流的周向非均匀性，研究了涡轮流场的变化规律，讨论了不同来流参数对涡轮流场参数的影响。关键词：涡轮非均匀来流叶尖间隙激励盘理论中图分类号：TH133文献标识码：A文章编号：1002—6886(

2、2014)03—0034—05E仃ectofnonuniforminletflowonturbineflOWfieldHUXuan，ZHANGQiangAbstract：Withtheexistenceofthenonuniforminletflowinaturbine，theflowfieldwouldbecomenonuniformtoo，theperformanceoftheturbinewillthusbeinfluenced．Thispaperpresentsaturbineflowmodelw

3、ithtipclearancebasedontur-bineSworkingprinciple．Withthecircumferentialnonuniformoftheinletflowinconsideration，thechangerulesofturbineflowfieldareanalyzed，andtheefectofseveralinletflowparametersontheturbineflowfieldisdiscussed．Keywords：turbine；nonuniformin

4、letflow；bladetipclearance；actuatordisktheory0引言Y=Y+Aycos(4,一y)：Y+

5、／(1)式中，y为均值，y为以余弦函数表示的小扰动，A涡轮机械中，由于燃烧室工作状态等原因的影为扰动幅值，为周向方位角(图1)，为相位角，响，涡轮的进口流场参数可能出现非均匀分布。涡反映了y最大值所在的周向位置。轮进口流场的不均匀性会引起下游流场发生一定的改变，从而影响整个涡轮的性能。本文以轴流涡轮为研究对象，考虑动叶存在叶／一尖间隙，假设进口来流沿周向呈余弦函数分布，依据涡

6、轮的工作原理，结合双耦合激励盘模型，分析涡轮}级中气流的流动规律和参数变化，来得到涡轮出口的流场变化规律，进而讨论其对涡轮工作性能的影，}响1分析模型图1坐标系与方位角1．1模型概述由于燃烧室工作状态或者上一级涡轮的影响，计算和实验表明，当进口流场参数沿周向呈余下游涡轮级的进口流场会呈非均匀分布。假设进口弦函数分布时，涡轮出口的流动参数也近似呈余弦流场的流动参数l，沿周向的分布规律可以用余弦函分布，只是相位角有所不同。那么，涡轮出口的某个数表示：流动参数也可写成式(1)的形式。·34·设ej、i研、鼬Ya

7、触n乏nx析il-2⋯DJ年第3⋯期由于考虑涡轮转子叶尖间隙的存在，需要计及动。该子模型认为：叶盆一侧流过叶尖间隙的气流叶尖间隙气流泄漏的影响，涡轮中的流动将会比较与叶背一侧气流混合形成涡流，且混合过程中二者复杂，考虑到这一点，本文采用“双耦合激励盘模的掺混比例相等。叶尖间隙气流的流动关系见图型”来分析涡轮的流动规律。4，图中，W。与W分别为叶盆与叶背气流的相对速双耦合激励盘模型(TwoCoupledActuatorDisk，度，为叶尖间隙射流的相对速度，W和c表示2CAD)由S．J．Song与M．Mar

8、tinez—Sanchez于1997涡流的相对速度和轴向绝对速度，为叶片的平均年提出，它对叶尖泄漏流动规律进行了剖析，可用于转角，0即涡流相对速度与叶片之间的夹角。解得压气机或涡轮偏心而引起的气流激振力。本文通过分析叶盆与叶背的压差，可得：采用2CAD模型中的叶尖间隙子模型和叶片尺度子0=tan(_／2)(2)模型进行分析_3’。式中，C为叶片的升力系数，可通过Zweifel系数计分析模型沿涡轮轴向定义了数个“站点”，如图算。因此，只要已知叶片的升力系数，就能求得叶尖2。站点1表示涡轮静子叶片人口，站点2

9、和3分别间隙涡流的速度方向l4J。表示涡轮转子叶片的人口和出口，站点4表示涡轮下游无穷远处。静子叶片转子叶片U234秘图2涡轮轴向流动示意图为了简化分析，本文中做了如下假设：图3涡轮的速度三角形1)气体是不可压缩、无粘性的；2)因为叶片的引导，气流在叶片出口的相对速度角等于叶片出口角。3)分析对象为短叶片涡轮，所以叶片通道的几何参数、流动参数用平均半径处的参数表示。1．2叶尖间隙模型涡轮叶栅的速度三角形如图3。图中，为涡轮自转