燃气涡轮发动机预旋系统温降和功耗的作用机制与理论分析 被引量：8

1

作者 林阿强 赵义祯 +2 位作者 王俊凇 吴衡 刘高文 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第11期4090-4101,共12页

涡轮预旋供气系统内转-静盘腔和转-转盘腔的功热转换性能直接影响涡轮旋转动叶的高温热防护。文中重点开展理论分析,揭示预旋供气系统温降和功耗二者性能指标的关联机制。理论推导结果发现,系统无量纲温降和无量纲功耗特性与旋流恢复系... 涡轮预旋供气系统内转-静盘腔和转-转盘腔的功热转换性能直接影响涡轮旋转动叶的高温热防护。文中重点开展理论分析,揭示预旋供气系统温降和功耗二者性能指标的关联机制。理论推导结果发现,系统无量纲温降和无量纲功耗特性与旋流恢复系数、预旋半径比、预旋喷嘴出口速度系数及转子马赫数变量的函数关系呈现强关联。基于能量守恒定律,系统无量纲功耗随无量纲温降增大而线性减小;当系统温降越高时,则系统功耗越低。绝热条件下,随着预旋喷嘴出口速度系数增大、转子马赫数减小,系统无量纲温降和无量纲功耗分别呈现增大和减小的趋势。因此,温降和功耗的关联机制可以有效评估预旋供气系统性能设计的优劣。 展开更多

关键词 涡轮盘腔 预旋供气系统 功热转换 温降 功耗 旋转比 旋流恢复系数

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涡轮盘腔轴向封严流动的数值研究 被引量：9

2

作者 张晶辉 马宏伟 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期927-934,共8页

利用数值方法研究了轴向封严结构内的燃气入侵与封严流动.研究表明:由于封严间隙处流场参数梯度较大,封严面非匹配网格影响了数值传递从而造成封严效率数值结果偏高.定常数值模拟结果低估了导叶下游静压的周向不均匀性,同时没有考虑转... 利用数值方法研究了轴向封严结构内的燃气入侵与封严流动.研究表明:由于封严间隙处流场参数梯度较大,封严面非匹配网格影响了数值传递从而造成封严效率数值结果偏高.定常数值模拟结果低估了导叶下游静压的周向不均匀性,同时没有考虑转静干涉,所得到的封严效率较非定常结果要高.非定常计算得到的导叶下游静压周向分布与试验结果符合较好,在盘腔子午面内形成3个涡核结构,引导静盘壁面流体流向动盘以补充动盘泵效应所需流量.封严间隙内存在旋转的燃气入侵与出流结构,燃气入侵伴随较大的切向速度,封严间隙内的封严间隙涡对封严效率有积极影响,封严面上径向速度的瞬时值为时均值的3倍以上.燃气入侵受到导叶尾缘周向静压分布和转子旋转的共同影响. 展开更多

关键词 轴向封严结构 轮缘封严机理 燃气入侵 非定常 涡轮盘腔

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1.5级涡轮实验台前腔燃气入侵实验 被引量：9

3

作者 张灵俊 罗翔 +1 位作者 余鸿鹏 郭隽 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2746-2751,共6页

在1.5级涡轮实验台上,针对不同转速和不同封严质量流量,分别采用稳态压力测量、瞬态压力测量和二氧化碳体积分数法对燃气入侵现象进行了实验研究,以确定不同工况下主流的动静叶相互作用对燃气入侵的影响以及入侵到盘腔的燃气在腔内与冷... 在1.5级涡轮实验台上,针对不同转速和不同封严质量流量,分别采用稳态压力测量、瞬态压力测量和二氧化碳体积分数法对燃气入侵现象进行了实验研究,以确定不同工况下主流的动静叶相互作用对燃气入侵的影响以及入侵到盘腔的燃气在腔内与冷气的掺混过程.结果表明:静叶后的时均压力在周向有明显的周期分布,部分区域封严环外的压力高于腔内压力,且随着封严质量流量增加,这一区域逐渐缩小;动叶扫掠带来同频率的压力波动,对于燃气入侵的发生有着重要的影响;通过二氧化碳体积分数实验获得了最小封严质量流量,并得到在封严质量流量不足情况下燃气沿着静盘侧入侵盘腔的结果. 展开更多

关键词 航空发动机 涡轮盘腔 旋转 燃气入侵 封严

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涡扇发动机涡轮空气系统流动和传热性能的CFD分析 被引量：5

4

作者 李娜 吉洪湖 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期2075-2081,共7页

以典型的小型涡轮风扇发动机的涡轮空气系统为研究对象,用数值计算的方法研究了包括高低压涡轮盘腔、导向器内腔、轴承腔和相连的冷却气路在内的流动和传热特性.所研究的是一个多腔相连的多进口、多出口流动与传热问题,在研究中采用了... 以典型的小型涡轮风扇发动机的涡轮空气系统为研究对象,用数值计算的方法研究了包括高低压涡轮盘腔、导向器内腔、轴承腔和相连的冷却气路在内的流动和传热特性.所研究的是一个多腔相连的多进口、多出口流动与传热问题,在研究中采用了流体域和固体域整体建模耦合计算的方法.根据计算结果,分析了结构参数和气动参数对该系统,尤其是其中轴承腔的温度分布的影响规律,提出了降低轴承腔温度的措施,并分析了各项措施的降温效果.充分展示了数值计算仿真在发动机空气系统分析方面的潜力. 展开更多

关键词 涡轮盘腔 轴承腔 冷却系统 对流换热 数值仿真

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脉冲爆震涡轮盘腔温度特性试验分析

5

作者 赵丹 陈剑 +2 位作者 余强 凌季 吕学敏 《现代机械》 2023年第4期42-45,共4页

为了研究爆震波对涡轮盘腔内温度特性的影响,通过试验方法测量了爆震室工作在不同频率脉动来流下所模拟的涡轮各腔室内的温度随时间的变化特性。结果表明:爆震波对3个腔内温度影响较小,不存在燃气大量入侵造成腔内超温,影响涡轮正常工... 为了研究爆震波对涡轮盘腔内温度特性的影响,通过试验方法测量了爆震室工作在不同频率脉动来流下所模拟的涡轮各腔室内的温度随时间的变化特性。结果表明:爆震波对3个腔内温度影响较小,不存在燃气大量入侵造成腔内超温,影响涡轮正常工作的问题;在脉冲爆震试验中,适当增大分气量对腔内温度变化基本没有影响。 展开更多

关键词 爆震 涡轮盘腔 温度特性 试验方法

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涡轮盘腔燃气入侵及间隙剪切涡特性分析

6

作者 白涛 杨青真 +3 位作者 刘建 张晶辉 张建华 白进 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期92-101,共10页

为揭示转-静相互作用下的非定常燃气入侵机理及轮缘大尺度涡结构的产生机制,对带有轴向封严结构的1.5级高压涡轮装置进行三维非定常数值模拟,结合实验结果和盘腔内的经典流动理论对数值方法进行了验证。研究结果表明:转子前缘压力势场... 为揭示转-静相互作用下的非定常燃气入侵机理及轮缘大尺度涡结构的产生机制,对带有轴向封严结构的1.5级高压涡轮装置进行三维非定常数值模拟,结合实验结果和盘腔内的经典流动理论对数值方法进行了验证。研究结果表明:转子前缘压力势场是造成旋转燃气入侵的主导因素。轮缘间隙内的间隙剪切涡是构成轮缘三维非定常流动的主要原因,其强度受到入侵燃气和出流冷气的径向速度、切向速度梯度以及上游边界层共同影响;间隙剪切涡周向方向的旋转有利于加快入侵燃气从动盘侧迁移至静盘侧,缩小动、静盘封严效率差异,当封严流量从0.5%降低到0.25%时,盘腔出口动静盘侧封严效率差值增大175%;间隙剪切涡与旋转泵效应的相互作用对于主流高温燃气在径向方向入侵盘腔具有抑制作用;由燃气入侵机制和间隙涡特性可以得出:文中盘腔出口设置在更靠近转子前缘位置对于提升轮缘密封性能具有正向意义。 展开更多

关键词 涡轮盘腔 燃气入侵 间隙剪切涡 轮缘非定常效应 轮缘密封性能

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涡轮盘腔径向封严流动的非定常数值研究 被引量：4

7

作者 张晶辉 张振扬 《兵器装备工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第9期100-105,共6页

为揭示涡轮盘腔径向封严机理,研究了涡轮盘腔径向封严结构内非定常流动特性。结果表明:径向封严结构的轮缘搭接边阻挡了封严气体的出流,在盘腔内形成了自循环的涡核结构。在封严流量实现封严效果后,燃气入侵依然会发生在轴向及径向封严... 为揭示涡轮盘腔径向封严机理,研究了涡轮盘腔径向封严结构内非定常流动特性。结果表明:径向封严结构的轮缘搭接边阻挡了封严气体的出流,在盘腔内形成了自循环的涡核结构。在封严流量实现封严效果后,燃气入侵依然会发生在轴向及径向封严间隙内。封严气流和入侵气流的相互影响区域局限在封严间隙内,对盘腔内影响较小,盘腔内涡核结构较为稳定,速度非定常波动小,封严气流和主流的相互影响引起导叶下游机匣壁面的静压周向不均匀程度减小,非定常性增强。在封严间隙内存在旋转的入侵和出流结构,其旋转频率低于动叶扫过静叶的频率。 展开更多

关键词 径向封严结构 轮缘封严机理 燃气入侵 非定常 涡轮盘腔

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脉冲爆震涡轮盘腔压力特性试验分析

8

作者 赵丹 陈剑 +2 位作者 余强 凌季 吕学敏 《现代机械》 2023年第3期1-5,共5页

通过试验研究了爆震波对涡轮盘腔内压力特性的影响。结果表明:爆震波对与引气A相通的AI腔内压力并无明显影响,但对与爆震室相通的AII腔内压力有显著影响,对与爆震室相通的B腔内压力的影响小于AII腔;这一结果亦表明要想获得较为稳定的腔... 通过试验研究了爆震波对涡轮盘腔内压力特性的影响。结果表明:爆震波对与引气A相通的AI腔内压力并无明显影响,但对与爆震室相通的AII腔内压力有显著影响,对与爆震室相通的B腔内压力的影响小于AII腔;这一结果亦表明要想获得较为稳定的腔内压力,盘腔结构最好采用双腔结构设计;为提高试验结果的准确性,在与爆震室相通的腔室内压力测点布置不少于2个;对于AI和B腔,空气系统计算结果与试验结果偏差较小,对于AII腔,空气系统计算结果与试验结果偏差较大。 展开更多

关键词 爆震 涡轮盘腔 压力特性 试验方法 空气系统

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燃气涡轮发动机预旋系统压比和熵增的作用机制与理论分析 被引量：1

9

作者 林阿强 刘高文 +2 位作者 吴衡 畅然 冯青 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期291-306,共16页

预旋供气系统作为涡轮转子高温热防护的重要保障,具有复杂转静部件的功热转换问题。重点开展理论分析,详细揭示了预旋供气系统压比、熵增和温降特性的关联机制和演化规律,提出压比效率的数学模型,并综合评估转动部件叶轮效应的影响机制... 预旋供气系统作为涡轮转子高温热防护的重要保障,具有复杂转静部件的功热转换问题。重点开展理论分析,详细揭示了预旋供气系统压比、熵增和温降特性的关联机制和演化规律,提出压比效率的数学模型,并综合评估转动部件叶轮效应的影响机制。通过公式推导和理论分析表明,在绝热定比热条件下,静子系压比和熵增均随供气流量增加而单调递减。转子系压比-熵增特性取决于供气流量、转盘转速和系统温降的影响。将复杂系统温降的关联式分解为速度系数和转子马赫数的强关联函数,明确指出系统压比随供气流量增加而减小,并随转盘转速增加基本呈现增大趋势。当预旋喷嘴旋转比大于预旋半径比的倒数时,随着转盘转速增大,系统压比反而减小。在来流工况和预旋半径比不变时,预旋供气系统内降低熵增损失是提高系统压比的重要途径。通过系统地评估转动部件叶轮效应发现,在不改变转子马赫数且保证系统压比不变的条件下,叶轮效应可以提高喷嘴出口速度系数,增大系统温降,并降低系统功耗。因此,压比和熵增特性的关联机制可以有效评估预旋供气系统性能设计的优劣。 展开更多

关键词 涡轮盘腔 预旋供气系统 压比效率 熵增 叶轮效应 预旋半径比

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燃气轮机涡轮盘腔燃气入侵与封严技术研究进展 被引量：2

10

作者 贾兴运 何立东 +1 位作者 王文昊 柴柏青 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1-8,共8页

涡轮轮缘间隙燃气入侵及封严技术是燃气轮机领域研究的热点和难点问题。本文针对转-静盘腔内部流动及轮缘密封、多物理场环境下热运行轮缘间隙、封严扫吹流与主流相互作用进行综述,分析并总结了燃气入侵与封严技术的未来研究重点和发展... 涡轮轮缘间隙燃气入侵及封严技术是燃气轮机领域研究的热点和难点问题。本文针对转-静盘腔内部流动及轮缘密封、多物理场环境下热运行轮缘间隙、封严扫吹流与主流相互作用进行综述,分析并总结了燃气入侵与封严技术的未来研究重点和发展趋势,包含非定常多模态高温燃气入侵理论、轮缘间隙大尺度涡系结构演化规律及封严扫吹流径向迁移机制及损失机理等。 展开更多

关键词 燃气轮机 涡轮盘腔 轮缘密封 燃气入侵 封严技术

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旋转诱导下向心涡轮盘腔流动和封严特性研究

11

作者 郑派 尹钊 +2 位作者 张华良 许波峰 陈海生 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期121-130,共10页

针对向心涡轮盘腔旋转诱导入侵机制尚不明晰,以及轴流涡轮封严模型适用性有待考量的问题,采用数值模拟方法开展旋转诱导下向心涡轮盘腔流动和封严特性研究。分析了盘腔轴向间隙、径向间隙以及封严流量等参数对盘腔内部流动结构及转子轴... 针对向心涡轮盘腔旋转诱导入侵机制尚不明晰,以及轴流涡轮封严模型适用性有待考量的问题,采用数值模拟方法开展旋转诱导下向心涡轮盘腔流动和封严特性研究。分析了盘腔轴向间隙、径向间隙以及封严流量等参数对盘腔内部流动结构及转子轴向推力的影响规律,研究封严效率变化趋势并进行最小封严流量模型推导。研究表明:随着径向间隙减小以及封严流量增大,盘腔出口处的涡系外移且尺度减小;在减小轴向间隙或增大封严流量时,盘腔内流动结构从Batchelor流型向Stewartson流型演变;转子轴向推力合力主要受盘腔轴向间隙和封严流量影响;旋转诱导下的Orifice Model具有很好的适用性;本文推导出的最小封严流量模型表明其最小封严流量显著小于轴流涡轮。 展开更多

关键词 向心涡轮 涡轮盘腔 封严效率 最小封严流量 轴向推力

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不同进气结构反转涡轮盘腔内流动换热及涡轮盘应力分析

12

作者 梁振宇 史悦 史晨辉 《内燃机与配件》 2022年第22期55-57,共3页

涡轮盘腔内气体流动结构复杂,实验研究难度较高。本文通过数值模拟的方式,对简化涡轮盘腔及盘体进行研究,通过改变进气口所在半径位,探究了不同进气位置下,腔内气体流动换热和盘体的热应力分布。其腔内流动换热随进气半径位升高而降低,... 涡轮盘腔内气体流动结构复杂,实验研究难度较高。本文通过数值模拟的方式,对简化涡轮盘腔及盘体进行研究,通过改变进气口所在半径位,探究了不同进气位置下,腔内气体流动换热和盘体的热应力分布。其腔内流动换热随进气半径位升高而降低,中心涡胞也随之逐步解体。盘体应力集中主要在中心盘根处和盘缘处,随进气半径位升高,盘根应力集中加强,盘缘处应力集中减弱。 展开更多

关键词 涡轮盘腔 进气位置 流动换热 应力

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带叶片涡轮盘腔气流增压温降特性数值模拟研究

13

作者 郝鑫 连文磊 尚登阅 《机械制造与自动化》 2022年第1期42-44,69,共4页

通过在涡轮盘腔内部增加叶片的方式改变盘腔内部流动结构,从而降低旋转系下的相对总温。针对不同叶片结构对涡轮盘腔内部流动的影响开展数值模拟研究。结果表明:叶片叶型结构设计对内部流场的影响较大,旋流比为影响的主要因素,旋流比接... 通过在涡轮盘腔内部增加叶片的方式改变盘腔内部流动结构,从而降低旋转系下的相对总温。针对不同叶片结构对涡轮盘腔内部流动的影响开展数值模拟研究。结果表明:叶片叶型结构设计对内部流场的影响较大,旋流比为影响的主要因素,旋流比接近于1时,增压温降效果最好;导流叶片叶型的差异对总温降增压效果的影响明显;叶片进出口半径对预旋系统整体性能有一定影响。 展开更多

关键词 航空发动机 涡轮盘腔 内部叶片 增压 温降 数值模拟

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对转涡轮盘腔内各参数变化对转盘壁面摩擦力矩的影响 被引量：2

14

作者 史学捷 陈淑仙 梁振宇 《西安航空学院学报》 2016年第3期12-16,共5页

对转涡轮盘腔内壁面摩擦力矩的大小直接影响盘腔内气体流动结构和换热效率,进而影响对转涡轮发动机的性能。应用RNG k-ε湍流模型对对转涡轮盘腔内气体流动进行了数值模拟,研究了对转涡轮盘腔间距、中心进气流量、转盘转速的变化对盘腔... 对转涡轮盘腔内壁面摩擦力矩的大小直接影响盘腔内气体流动结构和换热效率,进而影响对转涡轮发动机的性能。应用RNG k-ε湍流模型对对转涡轮盘腔内气体流动进行了数值模拟,研究了对转涡轮盘腔间距、中心进气流量、转盘转速的变化对盘腔内壁面摩擦力矩的影响。数值模拟结果表明,盘腔间距在计算范围内的变化对转盘壁面摩擦力矩的影响不明显;转盘壁面摩擦力矩随中心进气流量和转盘转速的增大而增大。 展开更多

关键词 对转涡轮盘腔 数值模拟 湍流模型 摩擦力矩

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同速对转涡轮盘腔内流动和换热特性 被引量：1

15

作者 陈淑仙 梁振宇 史学捷 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期53-59,共7页

为研究对转盘旋转速度对盘腔内换热效果的影响,应用RNG k-ε湍流模型对中心进气、径向出流的同速对转涡轮盘腔内的流动和换热特性进行了数值模拟。揭示了盘腔内气体的流动结构、两盘壁面边界层内的径向速度、换热效率以及壁面温度分布特... 为研究对转盘旋转速度对盘腔内换热效果的影响,应用RNG k-ε湍流模型对中心进气、径向出流的同速对转涡轮盘腔内的流动和换热特性进行了数值模拟。揭示了盘腔内气体的流动结构、两盘壁面边界层内的径向速度、换热效率以及壁面温度分布特征,并进一步探究了转盘转速对上述流动和换热特征的影响规律。结果表明:对转盘腔内存在两个反向的回流涡胞,这两个涡胞的相对大小以及相遇的滞止点位置取决于进气惯性力和旋转力的相对大小;转盘近壁面流体径向流动速度与盘壁面的对流传热系数呈正相关变化;对于上游盘,低转速范围时转速对壁面换热影响取决于旋转径向力和进气惯性力对上游盘近壁面流体流动驱动作用的相对大小,高转速范围内增大转速,上游盘壁面传热系数增大,壁面温度降低;对于下游盘,壁面低半径区域的对流传热系数随转速增大而减小,而高半径区域的对流传热系数随转速增大而增大。 展开更多

关键词 对转涡轮盘腔 数值模拟 湍流 流动结构 传热系数

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流量比对高位预旋进气涡轮转静盘腔换热影响的数值研究 被引量：1

16

作者 刘非凡 马爱纯 胡日骍 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期246-253,共8页

为提高冷气与涡轮盘的换热效果,针对高位预旋30°进气的转静腔耦合涡轮盘系统进行了数值模拟,研究了不同转静腔入口流量比率和转速对系统换热效果的影响,并对涡轮盘壁面平均努塞尔数Nu、盘体最高温度、盘体温度均匀性进行了分析。... 为提高冷气与涡轮盘的换热效果,针对高位预旋30°进气的转静腔耦合涡轮盘系统进行了数值模拟,研究了不同转静腔入口流量比率和转速对系统换热效果的影响,并对涡轮盘壁面平均努塞尔数Nu、盘体最高温度、盘体温度均匀性进行了分析。结果表明:转速为1×10^(4)r/min时,随着转静腔1和2的入口流量比率P从1增加到6,左壁面Nu稍有上升,右壁面Nu先增后减,在P=3时最大;盘体最高温度降低,且P<3时降幅较大,之后较小。盘体温度均匀性受P影响较小,P>2后,左右两侧径向温度均匀性几乎一致,轴向温度均匀性均优于径向,盘缘处轴向温度均匀性最差,越靠近轴心均匀性越好。在转速为6×10^(3)~1.2×10^(4)r/min时,随转速增大,系统换热效果增强。当转速<1×10;r/min时,随P增大,冷气与涡轮盘之间换热不断改善;转速>1×10^(4)r/min后,P在3附近综合换热效果较好。 展开更多

关键词 涡轮转静盘腔 数值模拟 入口流量比率 努塞尔数 温度均匀性

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