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燃烧室和涡轮相互作用下高压涡轮级气热性能研究进展 被引量：11
1
作者 李军 栗智宇 +2 位作者 李志刚 张垲垣 宋立明 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期136-161,共26页
现代燃烧室由于富油燃烧-快速焠熄-贫油燃烧技术和贫油预混燃烧技术导致其出口具有非均匀温度(热斑)分布、强旋流和高湍流度的流动特征,显著影响燃烧室下游高压涡轮级的气热性能。先进高压涡轮级气热性能分析和冷却设计越发依赖于燃烧... 现代燃烧室由于富油燃烧-快速焠熄-贫油燃烧技术和贫油预混燃烧技术导致其出口具有非均匀温度(热斑)分布、强旋流和高湍流度的流动特征,显著影响燃烧室下游高压涡轮级的气热性能。先进高压涡轮级气热性能分析和冷却设计越发依赖于燃烧室和涡轮相互作用下交界面的气热参数非均匀分布特征。论文阐述了燃烧室和涡轮相互作用机理。介绍了燃烧室和涡轮相互作用下高压涡轮级气热性能研究的代表性实验台和数值方法。分别综述了燃烧室和涡轮相互作用下热斑、热斑和旋流、旋流和湍流度对高压涡轮级气热性能的影响特性。给出了燃烧室和涡轮相互作用下高压涡轮级的气热性能分析及不确定性量化的研究现状。总结了燃烧室和涡轮相互作用下高压涡轮级气热性能的研究成果。展望了非均匀气热参数分布条件下高压涡轮级气热性能可靠性分析和鲁棒性设计需要更加深入研究的方向,为适应先进航空发动机的燃烧室和涡轮一体化设计需求提供参考。 展开更多
关键词 燃烧室 涡轮 高压涡轮级 气热性能 实验测量
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槽缝射流旋流比和密度比对涡轮端壁冷却和吸力面泛冷却性能的影响 被引量：7
2
作者 张垲垣 李志刚 +1 位作者 宋立明 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期95-101,126,共8页
针对上游槽缝射流对涡轮端壁冷却性能影响的问题,同时考虑到涡轮端壁的气膜孔射流和叶栅通道间隙泄漏流同样对端壁及叶片吸力面存在冷却效果,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和SST k-ω湍流模型的方法,研究... 针对上游槽缝射流对涡轮端壁冷却性能影响的问题,同时考虑到涡轮端壁的气膜孔射流和叶栅通道间隙泄漏流同样对端壁及叶片吸力面存在冷却效果,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和SST k-ω湍流模型的方法,研究了带预旋上游槽缝射流0.4、0.6、0.8和1.0这4种旋流比和1.0、1.5和2.0这3种密度比对端壁冷却及叶片吸力面泛冷却(二次冷却)性能的影响特性。结果表明:密度比较小时,减小旋流比导致端壁冷却效果降低;密度比较大时,端壁冷却效果随旋流比减小先降低后升高,最低值出现在旋流比为0.8。随密度比的增加,冷却射流对端壁的冷却效果不断降低,冷却效率最低值随旋流比的增加向下游移动。随旋流比增大,槽缝射流对叶片吸力面泛冷却覆盖面积逐渐减小,位置向下游及靠近端壁的方向发展,泛冷却效率不断降低。随冷却射流密度比的增加,吸力面泛冷却面积显著减小,且向靠近端壁的方向移动,泛冷却效率降低。 展开更多
关键词 涡轮端壁 槽缝射流 泛冷却 数值模拟
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燃烧室出流条件对涡轮静叶端壁流动结构和传热冷却特性的影响 被引量：2
3
作者 孙添一 张垲垣 +1 位作者 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期152-163,共12页
论文数值研究了不同燃烧室旋流器时序位置与旋流方向工况下,涡轮静叶叶栅气动特征,端壁附近流动结构,总压损失系数和端壁、叶表传热与冷却特性以及冷却气的流动趋势;建立了双环预混旋流器(TAPS)燃烧室简化模型,将其与涡轮第一级静叶叶... 论文数值研究了不同燃烧室旋流器时序位置与旋流方向工况下,涡轮静叶叶栅气动特征,端壁附近流动结构,总压损失系数和端壁、叶表传热与冷却特性以及冷却气的流动趋势;建立了双环预混旋流器(TAPS)燃烧室简化模型,将其与涡轮第一级静叶叶栅进行整体数值计算。研究表明:本文计算采用的TAPS燃烧室模型旋流器出口旋流数为0.71,可以代表典型贫油预混燃烧室流动特征;火焰筒内壁发散冷却气会在静叶端壁附近形成高总压区,燃烧室旋流使中间叶展位置总压降低;正向旋流会在叶片前缘处分为两股,反向旋流则全部流入一个叶栅通道;燃烧室旋流冲刷会显著提升叶片吸力面上游换热强度,正向旋流会对下端壁压力面侧的冷却效果产生负面影响;槽缝射流局部吹风比在滞止点处最低,但旋流器正对叶片前缘时,旋流会削弱滞止点的影响;静叶端壁流动结构与传热、冷却特性受到燃烧室出流条件的显著影响,在进行叶栅气动性能优化与冷却结构设计时需对其加以考虑。 展开更多
关键词 燃烧室旋流 发散冷却 静叶端壁 流动结构
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燃烧室百叶与双排孔冷气对透平端壁冷却性能影响研究
4
作者 张垲垣 栗智宇 +1 位作者 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期65-76,共12页
针对燃烧室与透平冷气掺混导致实际二次流发展及端壁冷却性能偏离设计值的问题,综合考虑燃烧室百叶冷气尾迹与双排孔射流,数值研究了多源冷气射流在燃烧室与透平交界区的掺混机制,分析了其对透平静叶端壁气膜冷却与流动特性的影响规律... 针对燃烧室与透平冷气掺混导致实际二次流发展及端壁冷却性能偏离设计值的问题,综合考虑燃烧室百叶冷气尾迹与双排孔射流,数值研究了多源冷气射流在燃烧室与透平交界区的掺混机制,分析了其对透平静叶端壁气膜冷却与流动特性的影响规律。研究结果表明:空腔涡卷吸大部分百叶冷气,并跨越双排孔冷气向下游发展,马蹄涡卷吸限制大部分双排孔冷气,并向空腔涡外侧发展;当双排孔冷气吹风比M_h=0.5,1.0较小时,马蹄涡导致冷气形成楔形高冷效区域,空腔涡的附着侧和分离侧分别产生了高、低冷效区,随着百叶冷气吹风比M_l的增加,空腔涡强度显著降低,导致位于楔形中心的分离侧冷却效率有所提升;当双排孔冷气吹风比M_h为1.5时,双排孔冷气部分跨越马蹄涡,静叶端壁可实现完全冷气覆盖,此时百叶冷气吹风比M_l从0.5增加到1.5,静叶端壁平均冷却效率可从0.4提升到0.63。该研究为考虑燃烧室与透平交界区实际流动掺混情况的静叶端壁冷却结构与布局设计提供理论基础。 展开更多
关键词 透平静叶 端壁 燃烧室百叶冷气 双排孔射流 气膜冷却
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透平端壁冷却及泛冷却最优的端壁造型设计研究 被引量：4
5
作者 张垲垣 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1-9,共9页
结合克里金代理模型、NSGA-II算法和数值评估方法构建了涡轮叶栅非轴对称端壁造型优化设计系统,以端壁冷却和叶片泛冷却效率最优为设计目标,开展了考虑上游槽缝射流的非轴对称端壁造型多目标优化研究。对比分析了预旋射流下,优化设计的... 结合克里金代理模型、NSGA-II算法和数值评估方法构建了涡轮叶栅非轴对称端壁造型优化设计系统,以端壁冷却和叶片泛冷却效率最优为设计目标,开展了考虑上游槽缝射流的非轴对称端壁造型多目标优化研究。对比分析了预旋射流下,优化设计的非轴对称端壁和参考设计端壁的冷却性能。结果表明:相比于参考设计,端壁冷却效率最优的优化设计1和综合端壁冷却与叶片泛冷却效率性能的优化设计2的端壁平均冷却效率分别提高了3.52%和2.18%;压力侧端壁冷却覆盖面积在非轴对称造型后显著增大;非轴对称端壁造型设计通过抑制二次涡而降低了叶片的泛冷却效率;非轴对称端壁造型设计改变了通道涡引起的高换热区位置。槽缝冷气量为1%时,2种优化设计在槽缝冷气射流预旋比0.6下均提高了压力侧端壁的冷却效率;槽缝冷气量为1.5%时,2种优化设计均扩大了压力侧端壁冷气覆盖面积,但是在槽缝冷却射流预旋作用下降低了叶栅端壁前部区域的冷却效率。 展开更多
关键词 涡轮叶栅 非轴对称端壁造型 冷却性能 优化设计
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预旋槽缝流及间隙射流对端壁冷却性能的影响 被引量：3
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作者 张垲垣 杜昆 +1 位作者 宋立明 李军 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1250-1255,共6页
本文针对同时具有上游槽缝、端壁气膜孔及通道间隙的流道结构,采用求解雷诺时均方程的数值方法,计算了槽缝流量比、端壁吹风比、密度比及旋流比对下端壁冷却性能的影响。结果表明,增加上游槽缝流量可增加冷却气体在端壁的覆盖面积并强... 本文针对同时具有上游槽缝、端壁气膜孔及通道间隙的流道结构,采用求解雷诺时均方程的数值方法,计算了槽缝流量比、端壁吹风比、密度比及旋流比对下端壁冷却性能的影响。结果表明,增加上游槽缝流量可增加冷却气体在端壁的覆盖面积并强化端壁前缘的冷却效果;冷却流体密度比的增加会导致冷却射流随横向梯度迁移的趋势减弱;随吹风比的增加,通道间隙射流对其下游端壁的平均冷却效率先增大后减小,在M=1.0时取得最佳值;质量流量比较大时,端壁前缘冷却效果随旋流比的减小而减弱,而质量流量比较小时结论相反。 展开更多
关键词 燃气涡轮 端壁冷却 间隙泄漏流 数值模拟
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燃烧室出口旋流对静叶栅端壁流动型态和传热冷却特性的影响 被引量：1
7
作者 栗智宇 张垲垣 +1 位作者 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期72-82,共11页
贫油预混燃烧室出口的强旋流和温度不均匀特征向下游迁移,直接影响了下游涡轮静叶栅端壁的气动性能,进而改变了气膜冷却端壁的传热冷却特性。设计了具有典型速度和温度出口特征的燃烧室,与实验数据对比,验证了设计的燃烧室出口具有典型... 贫油预混燃烧室出口的强旋流和温度不均匀特征向下游迁移,直接影响了下游涡轮静叶栅端壁的气动性能,进而改变了气膜冷却端壁的传热冷却特性。设计了具有典型速度和温度出口特征的燃烧室,与实验数据对比,验证了设计的燃烧室出口具有典型的旋流和温度分布特征。采用数值求解三维雷诺平均N-S方程和剪切应力传输湍流模型SST k-ω研究了燃烧室出口旋流对静叶栅端壁流动型态和传热冷却特性的影响。对比分析了燃烧室出口旋流核心与静叶栅沿栅距5个相对位置时气膜冷却端壁的流场型态和传热冷却特性。研究表明:当燃烧室出口旋流中心正对静叶片1时,马蹄涡压力面分支横向迁移被削弱造成滞止点向下游移动,端壁传热恶化,第3排气膜冷却射流被带离端壁,绝热气膜有效度降低;旋流中心正对静叶片2时,马蹄涡压力面分支裹挟第2排气膜冷却射流冲击吸力面,二次冷却效果提升的同时端壁面平均气膜有效度提高,最大值为0.148,无量纲面平均热通量减小了0.0555。该研究揭示了燃烧室出口旋流对下游静叶栅端壁流场型态和传热冷却特性的影响机制,为端壁气膜冷却布局设计提供了一定的参考。 展开更多
关键词 涡轮 燃烧室 出口旋流 静叶端壁 气膜冷却
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