高壓渦輪輪緣封嚴冷氣對主流氣動性能影響的數(shù)值研究.pdf

1、高壓渦輪主流通道的高溫氣體滲漏進轉-靜子之間的輪盤腔會降低發(fā)動機效率，且使得渦輪盤腔過熱導致不可控的輪盤變形和疲勞，輪緣封嚴是當前針對這一問題的主要方法，其作用是將壓氣機出來的壓縮冷氣引入到輪盤腔體中來防止高溫氣體進入腔體同時冷卻輪盤。
　　本文針對某燃氣輪機渦輪的第一級動靜葉，展開了輪緣封嚴冷氣的特征參數(shù)（冷氣噴射角、冷氣流量比）等、以及封嚴縫隙的特征參數(shù)（軸向位置和軸向寬度）對主流氣動性能影響的研究。并在封嚴縫隙的基礎上，設計

2、不同的封嚴結構，討論封嚴冷氣對主流氣動性能的影響。通過UG造型得到三種典型的輪緣封嚴結構：軸向封嚴、覆疊封嚴和帶容腔的封嚴，在ICEM中實現(xiàn)封嚴結構網(wǎng)格的劃分，在NUMECA中實現(xiàn)主流道網(wǎng)格的劃分，并利用ANSYS CFX14.5軟件進行數(shù)值計算，為保證計算結果的準確性，進行了網(wǎng)格無關性分析和數(shù)值方法可靠性驗證。
　　封嚴結構的加入降低了渦輪級功率、動葉效率，增大了靜葉總壓損失系數(shù)。封嚴冷氣射入主流后，沖擊主流邊界層內的流體，使得

3、局部區(qū)域流體的流動發(fā)生改變，主流在封嚴出口處發(fā)生流動分離，影響靜葉和動葉流道中通道渦的發(fā)展，造成動葉端區(qū)流動結構的變化并引起摻混損失。
　　針對本文的研究對象，數(shù)值計算的結果表明：封嚴冷氣對主流的影響主要體現(xiàn)在動葉根部和吸力面。隨著封嚴冷氣流量比的增大，級功率、動葉效率減小，靜葉總壓損失系數(shù)增大，動葉根部負荷減小，做功能力變差，動葉流道內二次流影響范圍更大，主流的氣動性能更差，但冷氣對主流的冷卻效果更好。而冷氣噴射角對主流的影響不

4、明顯。此外，封嚴縫隙距離動葉前緣越遠，寬度越窄，相應的主流的氣動性能越好；封嚴縫隙距離動葉前緣越近，寬度越窄，相應對主流的動葉下端壁和吸力面的冷卻效果越好。
　　同一封嚴冷氣流量比，覆疊封嚴和加容腔的封嚴對應的渦輪的氣動性能更好，動葉根部負荷更大。主流氣體向封嚴腔內入侵在靜葉的壓力側較為明顯，隨著封嚴冷氣流量比的增大，主流向封嚴腔入侵的程度減弱。從覆疊封嚴和加容腔的封嚴中射入主流的冷氣更貼近壁面，在大冷氣流量比時，體現(xiàn)出對主流沖擊