蜂窩葉頂對高負荷渦輪葉柵頂部泄漏流動影響機制研究.pdf

1、面對現代航空動力技術高推重比和低耗油率的發(fā)展需求，增加渦輪氣動負荷，減少渦輪級數是燃氣渦輪的一大發(fā)展趨勢。通過提高單個葉片的氣動負荷達到減少渦輪級葉片數目的的高負荷渦輪葉片設計被廣泛研究和應用。高負荷渦輪的出現隨之帶來了全新的問題：葉片負荷增加導致葉柵通道內的橫向壓力梯度增大，流體在葉片兩側壓差作用下不可避免地形成間隙泄漏流動，并產生各種復雜渦系，造成葉尖區(qū)域流動復雜，增大渦輪葉尖附近的氣動損失。因此，深入開展渦輪徑向間隙泄漏流動及其抑

2、制措施方面的研究對現代先進航空渦輪發(fā)動機整體性能及其經濟性的提高具有重要意義。
　　可磨耗性蜂窩密封具有優(yōu)良的封嚴特性，是典型的葉輪機械葉頂間隙密封結構。本文提出一種將蜂窩密封直接布置在渦輪葉頂的抑制泄漏流動新方案，并以某高負荷渦輪葉柵為研究對象，建立蜂窩葉頂結構物理模型。采用數值方法對比研究了有/無蜂窩葉頂結構對渦輪葉柵葉尖間隙流場結構和間隙流動損失產生機理的影響機制，分析了不同相對間隙高度和來流沖角條件對間隙泄漏流動的影響，對

3、蜂窩葉頂在降低間隙泄漏量及泄漏相關損失、提高渦輪效率等方面的效果進行了探討，以期為進一步研究間隙流動的控制方法提供參考依據。
　　通過對有/無蜂窩葉頂渦輪葉柵間隙流場特性及其影響因素的對比研究，結果表明，采用蜂窩葉頂設計，間隙流體流入蜂窩腔，形成旋渦運動，對間隙流體動能具有耗散作用，反沖氣流在間隙內形成類似于“氣動柵欄”的徑向射流，增加流動阻力，進而有效減小泄漏流量。與平頂葉柵相比，1％葉高相同間隙高度下蜂窩葉頂葉柵相對泄漏量降低

4、了約10%，流出間隙的泄漏流周向速度減小了20%左右。蜂窩葉頂葉柵中泄漏渦的形成和發(fā)展被削弱，導致泄漏渦與主流、尾跡等的摻混損失減小，對葉柵損失的降低有積極的作用，其出口能量損失系數較平頂葉柵減小了約4%。間隙高度的增加直接帶來了間隙流量的增大，使得間隙泄漏流動增強，泄漏損失增加，考慮蜂窩可磨耗性，蜂窩葉頂葉柵可以進一步減小間隙高度，對泄漏流動的抑制有顯著的效果。此外，來流沖角的變化會影響渦輪葉柵間隙泄漏流場及旋渦結構，使得葉頂泄漏渦和