轮缘封严气体对涡轮转子性能影响的非定常数值研究

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考虑封严容腔的涡轮非轴对称端壁优化目标研究

考虑封严容腔的涡轮非轴对称端壁优化目标研究潘贤德;吕剑波【摘要】基于自主开发的非轴对称端壁优化设计平台,在某高负荷低压涡轮环形叶栅上开展了非轴对称端壁设计,分别以总压损失、SKEH以及两者的组合参数为优化目标对不同的目标函数进行研究,计算时考虑下端壁封严容腔的影响.研究结果表明,封严容腔对端区二次流发展有重要影响,端壁造型能优化封严冷气出流方向和出流特征,从而抑制通道涡发展,因此在非轴对称端壁设计时要考虑容腔效应;单独采用SKEH为优化目标时,优化集中在降低二次动能上,遏制了封严出流漩涡的形成,不能有效抑制马蹄涡压力面分支的生成和发展.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】5页(P51-55)【关键词】涡轮;非轴对称;端壁;容腔;设计方法【作者】潘贤德;吕剑波【作者单位】中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海 200241;中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海 200241【正文语种】中文叶轮机械中的损失大致可分为叶型损失、端区二次流损失和叶尖泄漏损失三类[1]。

其中，端区损失主要产生于二次流以及端区边界层内的黏性摩擦作用，在小展弦比涡轮叶栅通道内，端区损失占总损失的比例可达30%～50%，在升力系数较大的大展弦比涡轮叶栅中，二次流问题变得更加突出。

非轴对称端壁造型作为一种先进的二次流控制技术，其基本原理是基于二次流的产生和发展机理，通过端壁形状的改变来减小端壁处从压力面到相邻叶片吸力面的压力梯度，减缓通道涡下部的新边界层生成，抑制二次流的发展，以此来削弱涡轮通道内的二次流损失。

Rose最早提出了非轴对称端壁的概念，相关研究表明，这种方法是减小端区二次流损失的有效途径之一。

非轴对称端壁设计技术已在国外多个民用航空发动机上得到应用，如罗罗的遄达系列发动机、GENX及LEAPX等。

在国内，中国航发商用航空发动机有限责任公司在非轴对称端壁技术研究方面开展了大量的工作。

1.5级涡轮轮缘密封燃气入侵特性的数值研究

1.5级涡轮轮缘密封燃气入侵特性的数值研究程舒娴;李军【摘要】通过雷诺应力湍流模型(SST)求解三维URANS(unsteady Reynods-averaged Navier-Stokes)方程组,研究了1.5级涡轮双重径向轮缘密封的非定常封严特性,采用附加变量法研究了主流入侵程度,数值模拟获得的动叶前、后腔时均预旋比和静压系数与实验数据吻合,验证了1.5级涡轮动静交界面设置和数值方法的有效性,并在此基础上研究了变工况对动叶下游压力分布与后腔封严效率的影响规律.结果表明:后腔轮缘密封的封严效率高于前腔;后腔上游主流周向压差的开方与主流流量系数成正比;冷气量不变时,随着主流流量的增大,后腔的封严效率逐渐降低至0.4后变化趋缓.%Characteristics of hot gas ingestion through turbine rim seals in a 1.5-stage turbine are numerically investigated with the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations and the SST turbulence model.The additional passive tracer is used to simulate the distribution of mainstream ingestion and the case mixed with sealing flow.The numerical results of the distributions of pre-swirl ratio and pressure in the front and aft wheel-spaces agree well with experimental results,so the relative position of domain interface and the effectiveness of the unsteady numerical calculation of the 1.5-stage turbine rim seal are verified.The unsteady pressure distribution and seal efficiency in the aft wheel-space under off-design conditions are analyzed,and the results show that:1) The seal efficiency in the aft wheel-space is higher than that in the front wheel-space;2) Extraction of square root of the mainstream circumferential differential pressure at upstream of the aft wheel-space isproportional to mainstream flow coefficient;and 3) With the increase in the main flow rate,the seal efficiency of the rear cavity is gradually reduced to 0.4,and then the change is slowed down at the same cooling flow rate.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2018(052)005【总页数】10页(P12-20,115)【关键词】涡轮;轮缘密封;燃气入侵;封严效率;数值模拟【作者】程舒娴;李军【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;先进航空发动机协同创新中心,100191,北京【正文语种】中文【中图分类】TK474.7涡轮的冷却气体通过涡轮叶栅主流通道与轮盘间的轮缘密封阻止高温燃气入侵盘腔,防止由轮盘过热而引起的安全问题,但是过多的冷却气体进入主流与主流掺混将降低涡轮级的效率。

关于涡轮级内非定常流场的数值研究

关于涡轮级内非定常流场的数值研究1 引言在叶轮机内由于动静叶的相对运动使得叶栅内流动具有很强的非定常性，尾迹与势流的交替干扰引起压力场随时间周期性的变化。

动静干涉不仅影响叶轮机械的工作性能，而且也会因为产生非定常的气动力而影响叶轮机械的疲劳寿命，因此研究动静干涉对于提高叶片的寿命和可靠性具有重要意义并且引起了越来越多的关注。

不少学者对转静干涉对叶轮机械性能的影响进行了研究，近些年随着实验测量手段的进步和粘性流场数值方法的发展,研究者对叶列间干扰有了进一步的研究和认识。

当前研究较多的是上游叶片的尾迹和下游叶片的势扰动对叶片非定常表面压力和气动力的周期性影响[1-2] 。

Denos[3] , Valenti[4]和Miller[5，6]对涡轮中尾迹与叶片的干扰进行了实验研究。

黄伟光等人采用数值方法研究了涡轮在非定常条件下的叶片气动力[7]。

王英锋等人对上游叶片尾迹对转子叶片非定常表面压力频谱特性影响进行了研究[8]。

本文对涡轮级内的动静相干非定常流场进行了数值模拟，主要研究了动静部件受非定常的影响效应，探讨了离涡轮级内非定常相干的机理。

2 数值计算方法2.1 基本控制方程及数值算法流场的计算采用了UNSTREST 程序，该程序是基于薄边界层近似的N－S 方程的流场求解代码。

采用了二阶精度显式的SCREE 格式，其仅需要非常小的人工粘性，可以在非常低的马赫数下运行，也可以在跨音速甚至超音速马赫数下求解。

在非定常计算中引入了隐式的双时间步方法。

表面剪切应力通过物面上第一个网格点上的特定Y+ 值和速度值来计算。

2.2 边界条件计算中给定了整个级的进出口条件。

在静子的进口边界处给定了总温、总压和气流角；在转子的出口边界上给定了静压，并使用了径向平衡。

上下游延伸部分的周向边界采用周期性边界条件。

对于固体壁面，取不可渗透、无滑移及绝热壁面边界条件，以确保通过与固体边界重合的网格面的质量流量、动量通量及能量通量为零。

基于非定常射流的对转涡轮气动调节性能研究

ηｃ＝
由于高压涡轮静－转叶片数约化之后叶片数通道数
之比为２１ ∶ ４０ꎬ为减少计算量ꎬ改变导叶叶片数ꎬ使其与
ＮＴ
( ｍ０＋ｍｊ ) ｈ１ｔ æç １－
è
转子叶片数之比约化为１ ∶ ２ꎬ见图１( ａ) ꎮ 涡轮叶片流道
ｈ′２ｔ ö
÷
(４)
ｈ１ｔ ø
采用Ａｕｔｏｇｒｉｄ５自动生成ＨＯＨ型拓扑网格ꎬ忽略叶尖间
于定常射流更易实现ꎬ故定常射流更具工程应用价值ꎮ
关键词:对转涡轮ꎻ非定常射流ꎻ定常射流ꎻ气动调节
中图分类号:Ｖ２３１.３文献标志码:Ａ文章编号:１６７１￣５２７６(２０２２)０６￣０１７３￣０４
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＲｅｇｕｌａｔｉｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣｏｕｎｔｅｒ－ｒｏｔａｔｉｎｇ
ＰＲ
î
(２)
０ꎬＤ / ｆ≤ｔ－ｉｎｔ( ｔ) <１ / ｆ
式中:Ａ是射流幅值ꎻｔ是射流时间ꎻｆ是射流频率ꎻＤ是射
(３)
流占空比ꎮ
式中:ｍ０表示涡轮进口流量ꎻＰ和 η 表示涡轮的膨胀比和
１.２数值计算方法
式(３) 中考虑冷气射流的涡轮效率定义式 [１１] 如下:
效率ꎬ下标“ Ｒ” 、“ ｊ” 分别为基准工况和冷气射流工况ꎮ
流量调节方法主要包括可调导叶的机械调节和冷气射流
流量的有效性ꎮБайду номын сангаас
节ꎬ是其实现工程应用需解决的一个关键技术问题ꎮ
的气动调节两种方式ꎮ 雒伟伟等 [２] 发现对转涡轮的高压
导叶角度增加１５° 或－８°ꎬ涡轮流量变化范围约为２５％ꎮ
但高温环境下可调导叶设计难点在于结构密封及冷却问

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》范文

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》篇一一、引言随着航空工业的飞速发展，气膜冷却技术因其出色的热防护效果在航空发动机中得到了广泛应用。

非定常气膜冷却作为一种新型的冷却技术，其通过非定常的流动特性来增强冷却效果，具有很高的研究价值。

本文将通过实验与数值研究相结合的方式，对非定常气膜冷却的特性和规律进行深入研究。

二、文献综述气膜冷却技术是近几十年来航空领域研究的热点。

在以往的研究中，学者们主要关注了定常气膜冷却的流动和传热特性，而关于非定常气膜冷却的研究相对较少。

然而，非定常气膜冷却因其独特的流动特性和良好的冷却效果，在航空发动机中具有广阔的应用前景。

本文将对近年来非定常气膜冷却的研究成果进行综述，以期为本文的实验和数值研究提供理论基础。

三、实验研究3.1 实验装置与方法为了对非定常气膜冷却进行实验研究，本文搭建了一套高精度的实验装置。

该装置主要包括气源系统、供气系统、实验段和测量系统等部分。

实验中，我们采用了高速摄像机、压力传感器和热电偶等设备对非定常气膜冷却的流动特性和传热特性进行测量和分析。

3.2 实验结果与分析通过实验，我们得到了非定常气膜冷却在不同条件下的流动特性和传热特性。

实验结果表明，非定常气膜冷却在一定的条件下可以显著提高冷却效果。

同时，我们还发现非定常气膜冷却的流动特性与定常气膜冷却存在明显的差异，这主要是由于非定常气膜冷却中的涡旋结构和流线分布不同所导致的。

四、数值研究为了进一步探究非定常气膜冷却的流动特性和传热特性，本文还进行了数值研究。

我们采用了计算流体动力学（CFD）软件对非定常气膜冷却进行了数值模拟。

通过对比实验结果和数值结果，我们发现数值模拟可以较好地反映非定常气膜冷却的流动特性和传热特性。

五、结论与展望本文通过实验与数值研究相结合的方式，对非定常气膜冷却的特性和规律进行了深入研究。

实验结果表明，非定常气膜冷却在一定的条件下可以显著提高冷却效果。

同时，我们还发现非定常气膜冷却的流动特性与定常气膜冷却存在明显的差异。

涡轮泵密封对转子动力特性的影响

涡轮泵密封对转子动力特性的影响∗
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冀沛尧何立东胡航领涂霆
（ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｅａｌｔｈＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＳｅｌｆ⁃ｒｅｃｏｖｅｒｙｆｏｒＨｉｇｈｅｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｂｎｏｒｍａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｎｔｕｒｂｉｎｅｐｕｍｐｉｎｒｏｃｋｅｔｅｎｇｉｎｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｌａｂｙｒｉｎｔｈｓｅａｌｕｓｅｄｉｎｔｈｅｔｕｒｂｏｐｕｍｐｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｕｍｐ’ ｓｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｅｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＤｙｎａｍｉｃｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｓｅａｌａｎｄｉｎｄｕｃｅｒｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＣＦＤａｎｄｗａｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｔｏｏｂｔａｉｎｒｏｔｏｒｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃｄｅｃｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌａｂｙｒｉｎｔｈｓｅａｌａｎｄｉｎｄｕｃｅｒｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｏｌｅ⁃ｐａｔｔｅｒｎｓｅａｌｉｎｓｔｅａｄｏｆｌａｂｙｒｉｎｔｈｓｅａｌｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌ⁃ ｉｔｙｏｆｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌａｒｇｅｒｏｔｏｒｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃｄｅｃｒｅｍｅｎｔｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｌａｂｙｒｉｎｔｈｓｅａｌｗｉｔｈｓｍａｌｌｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ，ｂｉｇｓｅａｌｉｎｇｃｌｅａｒａｎｃｅ，ｓｕｉｔａｂｌｅｔｏｏｔｈｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅｔｅｅｔｈｏｆｌａｂｙｒｉｎｔｈｓｅａｌ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔｉｓｓｔｉｌｌｕｎａｂｌｅｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃｄｅｃａｙｒａｔｅｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ０．１ｉｎＡＰＩ６１７ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｔｈｅｕｓｅｏｆｈｏｌｅ⁃ｐａｔｔｅｒｎｓｅａｌｉｎｓｔｅａｄｏｆｌａｂｙｒｉｎｔｈｓｅａｌｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆＡＰＩ６１７ｓｔａｎｄａｒｄ，ａｎｄｔｈｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｇｒｅａｔｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｌｓｏｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｉｎｄｕｃｅｒｈａｓａｎｅｇａｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｆｏｒｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍ．

泵喷定子襟翼作动对转子非定常力抑制方法数值研究

本文网址：/cn/article/doi/10.19693/j.issn.1673-3185.03229期刊网址：引用格式：汤王豪, 黄修长, 饶志强, 等. 泵喷定子襟翼作动对转子非定常力抑制方法数值研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(6):21–29.TANG W H, HUANG X C, RAO Z Q, et al. Numerical investigation on unsteady force suppression of pump-jet rotor by oscillating stator trailing edge flaps[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(6): 21–29.泵喷定子襟翼作动对转子非定常力抑制方法数值研究扫码阅读全文汤王豪1,2，黄修长*1,2,3，饶志强1,2,3，华宏星1,2,31 上海交通大学振动、冲击、噪声研究所，上海 2002402 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海 2002403 船海特装和动力系统国家工程中心，上海 200240摘要:［目的］转子非定常力是泵喷推进器轴系振动的主要激励源，其产生机理和抑制机理受转−定子干扰流动的影响，需研究其抑制方法。

［方法］在泵喷推进器定子后缘引入襟翼结构，利用襟翼作动产生二次流动，改变转子入流条件，调控转−定子干扰流动，达到抑制转子非定常力的目的。

以具有前置定子襟翼的Suboff 全附体艇后泵喷推进器为研究对象，采用基于SST k –ω湍流模型的URANS 方法和动网格技术建立可实现定子襟翼作动的数值模型。

针对转子非定常力转子叶频分量的抑制，给出定子襟翼作动规律的表达式。

［结果］结果显示，在襟翼作动最优控制下，泵喷的水动力性能变化不超过1%，转子轴向非定常力在转子叶频处下降了83.35%，单个转子叶片轴向非定常力在转子叶频处降低了81.80%；襟翼作动对定子尾迹与转子入流速度的调控是抑制转子非定常力的机理。

燃气涡轮机导片与转子叶片交互作用的非定常流场数值模拟

叶片压力总损失及轮机效率加以分析，涡轮机的改进设计和优化提供了理论依据。为
关键词：气涡轮机；燃涡轮导片及转子叶片间隙；非定常流；数值模拟；轮机效率涡
【ｂｔａｔｐｌｄＩＥ／Ｆｒｅｅａｒｏｏｓｒｃｄｔｅ０ＨｇｉｓｍｔｅｉｅｄｐｎｅｔｔｏＡｓｒｃ】ＡｐｉＭＣＤｇｉｇｎｒｔｎｔｔ一ｄｙｔ，ｈｍ－ｅｅｄｎ，ｗ－ｅＣｄｏｔｃｕｅｈｒｓｅｔ
ｒｈｒｉｅ如ｓｔｔｂｎｅｕｉｒｖｍｎａｄｏｔｍ．ｍｐｏｅｅｔｎｐｉｍｕＫｅｒｓＧａｒｉｅＶａｅｂａｅｓａｉｇＵｎｔａｙｆｗ；ｍｅｉａｉｕａｉｎＴｕｂｎｆｃｅｃｙｗｏｄ：ｓｕｂｎ；ｎ－ｌｄｃｎ；ｓｅｄｏ，ｔｐｌＮｕｒｃｌｍｌｔ；ｒｉｅｉｉｎｙｓｏｅ
ｔｏｙｅｈｎｔａｙＯｒｃｕｅｎｕｅｙｔｅｕｂｎａｅａｄｂａｅ．ｏｐｒｄｗｔｒｖｕｘｅｉｗｐｓｆｔｅｓｅｄｆＷｓｕｔｒｉｄｃｄｂｒｉｅｖｎｓｎｌｄｓＣｍａｅｉｐｅｉｓｅｐｒｔｏｕｌｔｈｔｈｏ－
ｅｔｅｕｓｈｗｔｅｒｌｂｌｙｏｔｅｐｅｅｔａｏｔｄｍｄｌｈｏｅｄｎｌｄｎｏｎａａｒｍｎａｒｓｌｓｏｈｅａｉｔｈｒｓｎｄｐｅｏｅＴｅｆｗｆｌｉｃｕｉｇｂｕｄｙｌｅｌｔｉｉｆｌｉｓｒｙｔｅｅｅｏｍｎｆｓａａｉｏ，ａｄｔｅｆｗｓｕｔｒｆｌ－ｈｃｂｔｅｎｈｖｎｓａｄｈｄｖｌｅｔｏｅｒｔｏｆｗｎｈｏｔｃｕｅｐｐｎｌｌｒｏｍｕｉｓｏｋｅｗｅｔｔｅａｅｎ

1.5级涡轮非定常流动研究的开题报告

1.5级涡轮非定常流动研究的开题报告一、题目：1.5级涡轮非定常流动研究二、研究背景：涡轮是燃气轮机和汽轮机中的重要部件，在工业生产和航空领域中发挥着重要作用。

但是在高速运行状态下，由于叶片上存在的不规则几何形状和叶片与叶片之间的交互作用，使得流场呈现出复杂的非定常流动特性，如分离、漩涡、涡轮振荡和涡流结构等，这些都严重影响了涡轮的性能和安全性能。

因此，对于涡轮非定常流动特性的研究具有重要的理论和实际意义。

三、研究内容：本研究采用数值方法研究1.5级涡轮的非定常流动特性，主要研究内容包括：1. 建立1.5级涡轮非定常流动数值模型，考虑叶片不规则几何形状、交互作用和不同运行状态下的流动特性。

2. 开展不同运行状态下的流动数值模拟研究，分析流场的非定常流动特性，如涡流结构、涡轮振荡等。

3. 探究不同参数对1.5级涡轮非定常流动的影响，如转速和工况气动参数等，寻找涡轮非定常流动特性的规律和影响因素。

四、研究目的：1. 探究1.5级涡轮的非定常流动特性，揭示其流动规律。

2. 分析涡轮非定常流动对涡轮性能和安全性能的影响。

3. 提出改善涡轮非定常流动的措施，提高涡轮的性能和安全性能。

五、研究方法：本研究采用数值模拟方法，利用计算流体力学（CFD）软件建立1.5级涡轮非定常流动数值模型，开展不同运行状态下的流动数值模拟，分析流场的非定常流动特性，探究不同参数对涡轮非定常流动的影响。

六、研究意义：1. 对于1.5级涡轮非定常流动特性的研究，将有助于揭示涡轮流动规律，优化设计涡轮结构，提高涡轮的稳定性和安全性能。

2. 对于涡轮的性能和安全性能提升，具有重要的理论和应用价值，在工业生产和航空领域都将产生广泛的应用。

七、研究进度：已完成1.5级涡轮非定常流动数值模型建立及基础流场数值模拟研究，正在进行流场非定常性分析。

预计研究周期为1年。

八、参考文献：[1] Huang K Y, He L. Unsteady flow simulation and aeromechanical analysis of a three-stage transonic fan[J]. Journal of Turbomachinery, 2016, 138(12): 121008.[2] Sun X, He L, Ning W, et al. Unsteady characteristics of the vane and endwall in a transonic high-pressure turbine[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2017, 139(10): 102602.[3] Yuan X, Cui J, Fang L, et al. Unsteady flow characteristics of transonic turbine with different platforms under different operating conditions[J]. Aerospace Science and Technology, 2019, 89: 773-784.。

燃气轮机高压涡轮动静叶非定常干涉数值研究

计算的边界条件都取为设计工况下的边界条件，给定静
叶进口总温沿径向的变化曲线，口总压２１０００ａ轴向进００Ｐ，
为这部分正好是静叶尾缘激波的压力面分支在吸力面上的反射位置，之激波后流动为亚音速流动，以该位置的流加所
燃气轮机是高技术的集成，是清洁发电和动力系统的关键设备… 。燃气轮机能够带动多学科和领域研发、计和制设
造能力的提升与发展，被誉为制造业 “ 皇冠上的明珠 ” 。燃气
电站以其高效、环保的特点，迅速扩展到国内各大城市，成为传统火电机组在市区内的唯一替代品。
跨声涡轮高压级中，具有跨声速流场的静叶型面静压波动范
式中， Ⅳ为计算所取的叶片通道数，为栅距，下标１２分别、
表示上下游叶栅。本文对所采用的叶片数据动静叶片数进行了调整，并保持节弦比不变，选取静叶与动叶片数目之比
Ｏ
８
２计算结果分析
在非定常条件下，涡轮中尾迹和势流周期性的干扰引起叶片型面压力周期性的变化，如图２所示为静叶及其下游的
采用４阶Ｒｎｅ—Ｋｔｕｇｕｔ时间推进迭代求解，ａ法全多重网格法、局部时间步法和隐式残差光顺加速收敛，流模型采用湍
期内每个物理时间步的参数进行分析即可。由于计算中动静叶采用了成比例的叶片数，因此静叶的一个周期内对应动
部的波动幅度较其它部分要强很多，明下游动叶顶部区域说

涡轮轮缘密封封严效率的数值研究

透平航空发动机涡轮轮缘密封为对象，计算了轮缘密封封严效率，计算结果与实验结果吻合良好，从而验证了数值方法的可靠性。在８种冷却气流流量下，研究了３种不同动静叶轴向距离和轮缘密封轴向位置的封严效率的变化特性，结果表明：在所研究的轮缘密封结构下，随着动静叶轴向距
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｘｉ ’ ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｌｌ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｅａｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｎａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｔｕｒｂｉｎｅｒｉｍｓｅａｌｗａｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｔｈｒｅｅ — ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＲｅｙｎｏｌｄｓ — ＡｖｅｒａｇｅｄＮａｖｉｅｒ — Ｓｔｏｋｅｓ（ＲＡＮＳ）ｅｑｕａｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅＳＳＴ
第４７卷
第５期
西安交通大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ ’ ＡＮＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖｏ１．４７Ｎｏ．５
Ｍａｙ２０１３
２０１３年５月

涡轮轮毂封严冷气对主流影响实验研究

关键词：封严冷气；动性能；次流损失；轮气二涡中图分类号：２１Ｖ３．３文献标识码：Ａ文章编号：６２２２（０８４０１— ６１７ — ６０２０）０ — ０６０
Hale Waihona Puke ＥｐｒｍｅｔｏｈｆｃｓｏｈｅｓａｅＣｏｌｎｎｅｔｎｘｅｉｎｓｎｔｅＥｆｔｆｅｌｃｏａｔｊｃｉｅＷｐＩｏ
ｌｅｄａｄｐｓａｅｆｗｆｌｎｄｆｒｎｏｄｔｎｎｔｅｌｗｐｅｕｂｎａｃｄｏｕｅｅｆｗｆｌｎａｓｇｏｅｄｉｉｅｅｔｃｎｉｏｓｏｈｏｓｅｄｔｒｉｅｃｓａｅｃｌｍｎｗｒｏｉｌｉｆｉ
４。ｈｖｈｅｓｆｃｎｔｅｍａｎｆｗ，ｎａｎｔｅｂｓａｒｄｎｍｉｅｆｒｎｅ５ａｅｔｅｌａｔｅｆｔｈｉｏａｄｇｉｈｅｔｅｏｙａｃｐｒｍａｃ．ｅｏｌｏＫｅｒｓｃｏａｔａｒａｒｄｎｍｉｐｒｏｍａｃ；ｅｏｄｒｏｏｓｔｒｉｅｙｗｏｄ：ｏｌｎｉ；ｅｏｙａｃｅｆｒｎｅｓｃｎａｙｆｗｌｓ；ｕｂｎｌ
ｌｖｒｕｏｄｔｎ，ｈｃｏｉｅｉｅｅｔｎｅｔｎｆｗｒｔｓｗｔｉｅｔｎａｇ．ｈｕｌｆｗｉａｉｓｃｎｉｏｓｗｉｈｃｍｂｎｄｄｆｒｎｊｃｏｏａｅｉｊｃｏｎｌｓＴｅｏｔｔｏｎｏｉｆｉｉｌｈｎｉｅｅ

一种计及上游非定常效应的涡轮轮毂封严实验装置[发明专利]

专利名称：一种计及上游非定常效应的涡轮轮毂封严实验装置专利类型：发明专利
发明人：屈骁,张燕峰,卢新根,谭炜,张英杰,甘久亮
申请号：CN202011461860.7
申请日：20201211
公开号：CN112577755A
公开日：
20210330
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种计及上游非定常效应的涡轮轮毂封严实验装置，为了模拟叶轮机械级环境下封严流与主流的相互作用特征，利用圆盘的高速旋转来获得轮毂封严出流的周向速度，利用上游导叶来调整环形叶栅进口气流角，利用旋转圆柱棒来模拟环形叶栅上游尾迹的非定常效应，利用盘腔壁旋转还原真实涡轮内部的封严出流，可通过安装不同的盘腔壁结构，在计及上游非定常效应的前提下非常方便的研究不同封严腔对涡轮端区流动的影响，并可方便更换不同封严腔结构来研究封严出流与涡轮主流的相互作用，容易获得较精确的三维非定常流场结构，又可以节省实验成本，降低测量难度。

申请人：中国科学院工程热物理研究所
地址：100190 北京市海淀区北四环西路11号
国籍：CN
代理机构：北京锺维联合知识产权代理有限公司
代理人：原春香
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涡轮叶尖泄漏涡对非定常

涡轮叶尖泄漏涡对非定常
涡轮叶尖泄漏涡对非定常条件下的影响是一个重要的研究课题。

涡轮叶尖泄漏涡是由于高压涡轮转子叶尖与静子间隙处的气流泄漏引起的，会给涡轮性能和气动特性带来负面影响。

在非定常条件下，涡轮叶尖泄漏涡的形成和发展会受到更多的干扰和扰动。

非定常条件下可能存在的扰动包括：涡流涡脱落、涡流涡交替、叶片尖端倾泻现象等。

这些扰动会对涡轮叶尖泄漏涡的产生和扩散过程造成影响，进而影响涡轮的性能。

非定常条件下，涡轮叶尖泄漏涡的扩散和混合速度也会发生变化。

由于扰动的存在，涡轮叶尖泄漏涡的速度和流向分布可能会出现更加复杂的非均匀性。

这会导致涡轮的流动损失增加，效率降低。

针对涡轮叶尖泄漏涡对非定常条件的影响，研究者通过实验和数值模拟等方法进行研究。

通过对非定常条件下的涡轮叶尖泄漏涡进行精确的测量和分析，可以揭示涡轮非定常性能的变化规律。

同时，通过优化叶片形状和尖端密封结构设计等手段，可以减小涡轮叶尖泄漏涡对涡轮性能的影响，提高涡轮的效率。

总的来说，涡轮叶尖泄漏涡在非定常条件下的影响是复杂而重要的。

研究涡轮叶尖泄漏涡的非定常性能变化规律，对于提高涡轮性能和效率有重要意义。

叶型偏差对涡轮性能影响的非定常数值模拟研究

１卷第１１期第３０１０年１１月２
航空学报ＡＣＴＡＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＥＴＡＳＴＲＯＮＡＵＴＩＣＡＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２０１０
（）１０００６８９３２０１０１１２１３００９文章编号：－－－
；修订日期：收稿日期：２００９１２３１２０１００４０６－－－－）基金项目：武器装备预研基金（９１４０Ｃ４１０３１００９０４：通讯作者：邹正平Ｅ－ｍａｉｌｚｏｕｚｈｅｎｉｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ＠ｂｇｐｇ
７］宇等［曾采用一个导叶安装角不均匀的模型研究
和损失机理
［］３４－
有了较完善的
认识。与此同时，研究者针对不同用途的发动机开展了涡轮气动设计方法的研究。文献［总结５］分析了工作于低雷诺数条件下的低压涡轮内部流动特点，并就其气动设计技术进行了讨论；文献
ＵｎｓｔｅａｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＩｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｏｆＥｆｆｅｃｔｏｆｙｇＢｌａｄｅＰｒｏｆｉｌｅＤｅｖｉａｔｉｏｎｏｎＴｕｒｂｉｎｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
１，２１，２３３３，，ＺｈａｎＷｅｉｈａｏＺｏｕＺｈｅｎｉｎＬｉＷｅｉＬｕｏＪｉａｎｉａｏＰａｎＳｈａｎｎｅｎ，ｇｇｐｇ，ｑｇｇ

轮缘封严气流与上游导向器非定常干涉数值研究

轮缘封严气流与上游导向器非定常干涉数值研究杨帆;周莉;王占学【摘要】为了研究涡轮转静盘腔中的轮缘封严气流与主流的非定常干涉效应,在不同封严流量下对上游导向器的流场分布和非定常特性进行了数值模拟.结果表明,封严出流的堵塞作用引起吸力面后半段轮毂附近静压的升高和熵增的减小,以及导向器出口速度的降低.从无封严腔体到RI=1.7％,5％叶高吸力面静压系数最大增加了6％.封严出流造成横向压力梯度减小使得轮毂通道涡和轮毂尾缘脱落涡的强度减弱.不存在封严气流时,燃气入侵使得10％叶高以下范围非定常波动降低;存在封严气流时,来自燃气入侵和腔体进口的封严出流的耦合作用使得非定常波动不断减弱.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2019(037)001【总页数】8页(P129-136)【关键词】腔体;导向器;入侵;侵出;非定常【作者】杨帆;周莉;王占学【作者单位】西北工业大学动力与能源学院,陕西西安 710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安 710072;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】V231.3航空发动机涡轮转、静部件间存在盘腔,工作时由于主流与盘腔之间存在压差,高温主流燃气会侵入到盘腔而导致涡轮盘过热。

为了保证涡轮盘安全、可靠地工作,必须对其进行冷却。

为此,在盘腔中一般通入由压气机级引入的冷气作为轮缘封严气流,用来提高盘腔内压力,阻止高温主流燃气入侵,同时这部分冷气还可以对涡轮盘及动叶根部进行冷却。

大的轮缘封严气流流量具有较好的封严效果,但同时对涡轮气动性能产生的负面影响也较大[1-2]。

因此,对于轮缘封严气流的研究,不仅要关注其封严效果,还要研究其对主流的影响。

国内外已经就轮缘封严气流对主流定常方面的影响开展了详细研究。

通过对轮缘封严气流与主流干涉机理的研究,发现封严气流造成转子的叶型载荷减小,二次流损失加剧以及气动性能恶化[3-4]。

同时,针对不同气动和几何参数的影响开展研究表明,不同参数下轮缘封严气流对主流的影响效果不同,封严气流与主流之间存在明显的相互干涉作用且对涡轮性能产生了显著影响[5-6]。

2级涡轮内部流动定常与非定常计算差异研究

2级涡轮内部流动定常与非定常计算差异研究杨杰;周颖;潘尚能;卢聪明【摘要】为获取进而认识涡轮内部流动状态,以某2级约化形式的动力涡轮为研究对象,分别对其进行定常和非定常数值计算和分析.研究表明:定常计算与非定常计算对涡轮内部流动的模拟结果,如叶片表面的压力分布、叶排进出口的气流角、叶片通道中的二次流流向涡、展向涡、叶片通道中的损失等,均存在差异;流动的非定常性越强,定常与非定常计算结果的差异越大,且该差异大小对于静叶与动叶呈相反的展向分布规律.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2016(042)003【总页数】7页(P21-27)【关键词】涡轮;内部流动;定常;非定常;数值模拟;涡;航空发动机【作者】杨杰;周颖;潘尚能;卢聪明【作者单位】中航工业航空动力机械研究所,湖南株洲412002;中航工业航空动力机械研究所,湖南株洲412002;中航工业航空动力机械研究所,湖南株洲412002;中航工业航空动力机械研究所,湖南株洲412002【正文语种】中文【中图分类】V231.3引用格式：杨杰，周颖，潘尚能，等.2级涡轮内部流动定常与非定常计算差异研究[J].航空发动机，2016,42（3）：21-27.YANG Jie,ZHOU Ying,PANShangneng,et al.Study of differences between steady and unsteady computation for two-stage turbines internalflow[J].Aeroengine,2016,42(3):21-27.对涡轮内部流动的数值模拟是获取进而认识涡轮内部流动状态的重要手段，有定常计算和非定常计算2种方法。

定常计算方法所需的计算机硬件资源少、花费的机时少，能快速获取模拟结果。

涡轮内部的流动本质上是非定常的，定常的数值计算必然会丢失相关的非定常信息，无法获取非定常流动特征。

掌握定常计算结果与非定常计算结果之间的差异是衡量选用何种计算方式的重要依据，更是工程计算中用定常计算代替非定常计算的必要前提。

涡轮轮缘密封非定常主流入侵特性的数值研究

涡轮轮缘密封非定常主流入侵特性的数值研究陶加银;高庆;宋立明;李军【摘要】采用附加示踪变量的方法,通过数值求解URANS和SST紊流模型的方法研究了轮缘密封非定常燃气入侵特性和封严效率,计算了不同冷气量下定常和非定常时均径向轮缘密封的封严效率,并与实验值进行了比较,验证了非定常数值方法研究轮缘密封燃气入侵特性的有效性,对比分析了径向和径向-轴向轮缘密封中等冷气量下定常和非定常的燃气入侵特性.结果表明:静叶尾迹和动叶前缘附近的压力势场的非定常干涉效应及盘腔中非定常的压力分布会强化主流燃气入侵;相比非定常计算,定常分析会低估轮缘密封的燃气入侵量及燃气入侵对盘腔流场的影响;相比径向轮缘密封,径向-轴向轮缘密封可以显著提高涡轮盘腔的封严效率.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2014(048)001【总页数】7页(P53-59)【关键词】涡轮轮缘密封;非定常燃气入侵;数值模拟【作者】陶加银;高庆;宋立明;李军【作者单位】西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安;西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安;西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安;西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK474.7航空发动机转盘和静止部件之间存在一个环形腔室称为转静盘腔，考虑到转盘在高转速下的变形和偏移，为保证旋转部件安全，转静盘外缘存在较大的间隙。

此时，主流的高温燃气会在压力差的作用下通过转静盘之间的间隙侵入盘腔内部，入侵的高温气流和转盘的摩擦与传热很容易导致转盘过热，在高速旋转的情况下极易造成机械失效，引起安全性问题。

为了阻遏主流高温燃气的入侵，从盘腔引入冷却气流来封严盘腔和冷却轮盘。

为了避免冷气流需求过多导致工质损失而引起发动机效率和经济性降低，需要合理地设计轮缘密封结构，力求在同等的冷气量下减少燃气入侵，提高封严性能，改善盘腔的冷却效果［1］。

国内外学者针对轮缘密封进行了大量的研究工作。

轮毂封严与高负荷涡轮端区流动的非定常相互作用

轮毂封严与高负荷涡轮端区流动的非定常相互作用
贾惟
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2017(38)12
【摘要】为了研究轮毂封严出流与高负荷涡轮端区流动非定常作用的物理机制,对转/静叶片之间带有封严腔的高负荷单级涡轮的流场进行了三维非定常数值模拟。

数值模拟结果表明,封严气流对上游导叶的影响表现为对端区流动的堵塞作用,这种堵塞作用减弱了吸力面的压力扰动和加速膨胀,减小了吸力面的分离损失。

封严流量较小时,封严腔内存在尺度大、频率低的压力扰动,压力扰动的强度向主流传播的过程中不断减弱。

这种沿周向分布不均匀的封严气流直接导致了转子叶片通道出口二次流分布的不均匀性。

封严流量增大后,压力扰动的影响程度和二次流分布的不均程度均有所减弱。

【总页数】12页(P2674-2685)
【作者】贾惟
【作者单位】中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V231.3
【相关文献】
1.涡轮盘腔径向封严流动的非定常数值研究
2.涡轮叶栅端壁区非定常流场显示
3.涡轮级轮缘封严内非定常流场的准三维LDV测量
4.轮毂封严气体对高压涡轮二次流动的影响
5.受涡轮动、静叶片影响的轴向轮缘密封非定常封严特性研究
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涡轮级轮缘封严内非定常流场的准三维LDV测量

涡轮级轮缘封严内非定常流场的准三维LDV测量马宏伟;Dieter E Bohn;Achim Decker;Bernd Rudzinski【期刊名称】《航空动力学报》【年(卷),期】2004(19)4【摘要】研究涡轮级封严内流动和主流的相互作用、相互影响,进一步认识盘腔内燃气入侵等非定常现象,急需流场实验数据验证。

针对轮缘封严内空间狭窄、光路安排困难等问题,本文发展了一种用于测量涡轮级轮缘封严内非定常流场的准三维LDV技术,即测量分两步,首先在机匣上安置二维测速系统用符合方式测出径向、切向速度及湍流度,再在轮毂内安置一维探头重复测量,从两次测量数据中计算出轴向速度;该技术借助锁相采样等技术能测出不同动静叶相对位置情况下封严及盘腔内的周期性非定常流场细节,本文给出了部分典型的动态流场测量结果。

【总页数】4页(P455-458)【关键词】航空、航天推进系统;涡轮;轮缘封严;非定常流场;准三维LDV测量【作者】马宏伟;Dieter E Bohn;Achim Decker;Bernd Rudzinski【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院;Institute of Steam and Gas Turbine, Aachen University【正文语种】中文【中图分类】V211.15【相关文献】1.液体火箭发动机氢燃料涡轮三维非定常流场数值研究 [J], 王朝晖;叶小明2.涡轮级内非定常流场的数值研究 [J], 周莉;韦威;张鑫3.气冷涡轮级叶栅非定常流场数值模拟 [J], 颜培刚;王松涛;冯国泰4.某型两级涡轮变比热容三维定常流场的数值模拟 [J], 袁宁;张振家;王松涛;顾发华;冯国泰5.两级涡轮三维无粘定常流场的数值模拟 [J], 顾发华;刘凤君;冯国泰;王仲奇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。