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涡轮叶栅叶冠泄漏流动数值研究 被引量:15
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作者 贾惟 刘火星 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期316-325,共10页
以小展弦比涡轮叶栅为研究对象,利用三维数值计算的方法研究了篦齿数、篦齿排列型式、上下游压力以及径向间隙对叶冠泄漏流量的影响,并分析了泄漏流动与主流的相互作用。研究表明,叶片排上下游压比和径向间隙是影响叶冠泄漏流动的主要因... 以小展弦比涡轮叶栅为研究对象,利用三维数值计算的方法研究了篦齿数、篦齿排列型式、上下游压力以及径向间隙对叶冠泄漏流量的影响,并分析了泄漏流动与主流的相互作用。研究表明,叶片排上下游压比和径向间隙是影响叶冠泄漏流动的主要因素,篦齿数和篦齿排列型式对泄漏流量的大小和出口气流角均有重要影响。考虑了主流的影响之后,叶冠出口流动呈现出高度的三维性和周向不均匀性。在周向压力梯度的作用下,径向速度以正负交替的形式出现,而且周向速度和轴向速度则出现了明显的分层结构。 展开更多
关键词 叶冠泄漏流动 小展弦比 平面叶栅 篦齿数 篦齿排列方式
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Computational Study of the Effects of Shroud Geometric Variation on Turbine Performance in a 1.5-Stage High-Loaded Turbine 被引量:4
2
作者 Wei Jia Huoxing Liu 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第5期439-446,共8页
Generally speaking, main flow path of gas turbine is assumed to be perfect for standard 3D computation. But in real engine, the turbine annulus geometry is not completely smooth for the presence of the shroud and asso... Generally speaking, main flow path of gas turbine is assumed to be perfect for standard 3D computation. But in real engine, the turbine annulus geometry is not completely smooth for the presence of the shroud and associated cavity near the end wall. Besides, shroud leakage flow is one of the dominant sources of secondary flow in tur- bomachinery, which not only causes a deterioration of useful work but also a penalty on turbine efficiency. It has been found that neglect shroud leakage flow makes the computed velocity profiles and loss distribution signifi- cantly different to those measured. Even so, the influence of shroud leakage flow is seldom taken into considera- tion during the routine of turbine design due to insufficient understanding of its impact on end wall flows and tur- bine performance. In order to evaluate the impact of tip shroud geometry on turbine performance, a 3D computa- tional investigation for 1.5-stage turbine with shrouded blades was performed in this paper. The following ge- ometry parameters were varied respectively: 展开更多
关键词 labyrinth seal tip shroud geometry shroud leakage flow turbine performance high-loaded turbine
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高负荷涡轮叶冠泄漏损失来源分析(英文) 被引量:4
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作者 贾惟 刘火星 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期33-42,共10页
高性能燃气轮机的发展迫切要求对涡轮内部损失来源及其物理机制有更清楚的认识。采用带冠设计的涡轮中,气动损失的很大一部分来自叶冠的泄漏流动。为了深入分析叶冠泄漏损失对涡轮性能的影响,选取高负荷涡轮,采用带有掺混面模型的三维... 高性能燃气轮机的发展迫切要求对涡轮内部损失来源及其物理机制有更清楚的认识。采用带冠设计的涡轮中,气动损失的很大一部分来自叶冠的泄漏流动。为了深入分析叶冠泄漏损失对涡轮性能的影响,选取高负荷涡轮,采用带有掺混面模型的三维定常计算方法和熵增的分析方法来研究叶冠泄漏的损失来源和损失机理。计算中考虑了详细的叶冠几何结构,打破了经验公式在模拟叶冠泄漏流时的局限性。结果表明,带冠涡轮比不带冠涡轮的气动效率高出约0.9%。叶冠泄漏所带来的损失主要分为腔体损失、泄漏损失、掺混损失和攻角损失四个部分,这四种损失来源在不同间隙下所占比例并不相同。因此,考虑完整的叶冠几何结构对涡轮性能的预测和气动设计至关重要。 展开更多
关键词 叶冠泄漏流 泄漏损失 叶尖间隙 熵增分析方法 高负荷涡轮
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全冠与部分冠轴流涡轮流动的数值模拟 被引量:3
4
作者 毛宁 张冬阳 +1 位作者 王雷 何平 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期7-12,130,共6页
采用数值模拟方法对某1.5级轴流带冠涡轮的流场进行了研究,分析了全冠、部分冠以及改进的部分冠密封的流场及总体参数。研究结果表明,相对于全冠密封,未改进的部分冠密封降低了涡轮的效率,而改进的部分冠使效率提高到与全冠基本相等。... 采用数值模拟方法对某1.5级轴流带冠涡轮的流场进行了研究,分析了全冠、部分冠以及改进的部分冠密封的流场及总体参数。研究结果表明,相对于全冠密封,未改进的部分冠密封降低了涡轮的效率,而改进的部分冠使效率提高到与全冠基本相等。由于叶冠容腔泄漏流周向速度与主流速度不同,导致90%以上叶展出口气流角小于主流的出口气流角,与未改部分冠相比,改进的部分冠减小了这种气流角差别和掺混损失。未改部分冠前部存在压力面向吸力面的横向流动,这种流动造成很大的损失,而改进的部分冠密封减弱了这种横向流动。 展开更多
关键词 涡轮 叶冠 部分冠 泄漏流动
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燃气轮机带冠叶片气热技术研究进展 被引量:3
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作者 高杰 郑群 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2015年第11期1130-1148,共19页
带冠叶片由于其具有良好的气动和振动特性而在燃气轮机领域得到了广泛应用.尽管如此,叶片带冠形成了叶冠容腔内及进出口特有的泄漏流现象,使得容腔结构和泄漏流仍对涡轮性能有很大影响,并且,带冠增大了叶片应力,直接影响动叶片的蠕变性... 带冠叶片由于其具有良好的气动和振动特性而在燃气轮机领域得到了广泛应用.尽管如此,叶片带冠形成了叶冠容腔内及进出口特有的泄漏流现象,使得容腔结构和泄漏流仍对涡轮性能有很大影响,并且,带冠增大了叶片应力,直接影响动叶片的蠕变性能、气动力学响应乃至寿命.为此,开展叶冠容腔流动及其结构改进的研究是近年来国内外燃气轮机领域研究的热点和难点问题之一.本文主要从叶冠容腔泄漏流动特性及其与主流相互作用机理、叶冠容腔结构改进优化以及叶冠结构在气冷涡轮上的应用等方面对燃气轮机带冠叶片气热技术的研究进展进行综述.文中还对叶冠容腔泄漏流动常用的研究方法进行了简要总结.最后展望了带冠叶片气热技术的未来研究重点和发展趋势. 展开更多
关键词 涡轮 带冠叶片 叶冠泄漏流 流动干涉 气热损失
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Heat Transfer and Aerodynamics of Complex Shroud Leakage Flows in a Low-Pressure Turbine 被引量:1
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作者 Wang Pei Du Qiang +1 位作者 Yang Xiao Jie Zhu Jun Qiang 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第5期447-458,共12页
A numerical investigation on over-shroud & inter-shroud leakage flow has been carried out to explore the underneath flow physics at the stage of shrouded Low Pressure(LP) turbine.Compared with the No inter-Shroud ... A numerical investigation on over-shroud & inter-shroud leakage flow has been carried out to explore the underneath flow physics at the stage of shrouded Low Pressure(LP) turbine.Compared with the No inter-Shroud gap's Leakage flow Model(NSLM) and With inter-Shroud gap's Leakage flow Model(WSLM),the aerodynamic characteristics and the heat transfer performance have been studied.Through the aerodynamic point of view,it is concluded that due to the pressure difference between the rotor's passage and the over-shroud cavity,in the stream-wise direction,flow structure has been modified,and the inter-shroud leakage flow may even cause flow separation in the vicinity of the blade passage's throat.In the circumferential direction,separation flows appear over the rotor's shroud surface(upper platform of the shroud).Meanwhile,from the point of view of heat transfer,further provision on contour maps of the non-dimensional Nusselt number reveals that the reattachment of leakage flow would enhance the heat transfer rates and endanger the rotor's labyrinth fins over the shroud.However,due to the limited amount of inter-shroud leakage flow(current computational model),temperature distribution variation along the blade surface(near the rotor's tip section) seems to have only minor insignificant differences.At the end of the paper,the author puts forward some recommendations for the purpose of future successful turbine design. 展开更多
关键词 over-shroud leakage flow inter-shroud leakage flow shrouded LP turbine
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考虑结构重量的部分冠涡轮泄漏流动控制研究
7
作者 黄东铭 张伟昊 +3 位作者 王宇凡 蒋首民 陈云 王鹏 《工程热物理学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期2696-2704,共9页
本文对某型部分冠低压涡轮叶冠泄漏流动的流动特征和损失进行了分析,探讨了部分冠容腔内的损失机理,对部分冠叶冠结构进行了气动优化和结构减重两个阶段的优化设计,分析了气动优化设计前后流动和损失的变化。结果表明叶冠容腔出口腔内... 本文对某型部分冠低压涡轮叶冠泄漏流动的流动特征和损失进行了分析,探讨了部分冠容腔内的损失机理,对部分冠叶冠结构进行了气动优化和结构减重两个阶段的优化设计,分析了气动优化设计前后流动和损失的变化。结果表明叶冠容腔出口腔内存在严重的主流入侵现象与周向泄漏;由此引发的掺混损失使得出口腔内的损失最为显著,占叶冠容腔总损失的80%;优化后的叶冠缘板结构能够有效消除周向泄漏,抑制主流入侵从而提升涡轮级性能0.54%;合理设计叶冠结构可以实现相比原型部分冠减重6.1%的同时提升0.48%涡轮级效率。 展开更多
关键词 部分冠 涡轮 叶冠结构 泄漏流 泄漏损失
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环形涡轮动叶栅旋转效应数值研究 被引量:2
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作者 杨金广 张敏 +1 位作者 刘艳 莫宝玺 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2280-2289,共10页
为揭示动叶旋转与机匣相对转动对涡轮叶栅流场结构和气动性能的影响,针对平顶和翼型冠叶顶的LISA1.5级涡轮动叶片,开展了三维数值模拟研究。结果表明:平顶叶栅中,机匣相对转动能降低泄漏损失,但通道涡强度增大,旋转离心力和科氏力亦对... 为揭示动叶旋转与机匣相对转动对涡轮叶栅流场结构和气动性能的影响,针对平顶和翼型冠叶顶的LISA1.5级涡轮动叶片,开展了三维数值模拟研究。结果表明:平顶叶栅中,机匣相对转动能降低泄漏损失,但通道涡强度增大,旋转离心力和科氏力亦对旋涡位置和尺度产生影响;叶顶结构不同会影响各转动条件下的损失变化规律,相对于动叶旋转工况,机匣相对转动可使平顶叶栅出口损失降低3.62%,但使翼型冠叶栅损失提高12.11%;在间隙泄漏流流量方面,不论是平顶叶栅还是翼型冠叶栅,机匣相对转动时叶顶泄漏流量最低,动叶旋转工况次之,静止工况最大。实验中用机匣相对运动代替动叶旋转在研究泄漏流特征时具有一定的合理性,而对于研究旋转效应对通道涡的影响方面则会产生误差。 展开更多
关键词 旋转效应 机匣相对运动 翼型冠 间隙泄漏
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动静干涉下高压涡轮外环非定常气膜冷却性能分析
9
作者 寇志海 丛培根 +2 位作者 韩博 李广超 尹训彦 《航空发动机》 北大核心 2023年第4期9-15,共7页
为了探索航空发动机高压涡轮外环非定常气膜冷却性能的影响因素及其作用规律,对叶片高速旋转作用下某航空发动机高压涡轮外环的非定常气膜冷却过程进行了3维数值模拟。应用滑移网格技术实现了涡轮叶片与涡轮外环壁面之间的相对运动以及... 为了探索航空发动机高压涡轮外环非定常气膜冷却性能的影响因素及其作用规律,对叶片高速旋转作用下某航空发动机高压涡轮外环的非定常气膜冷却过程进行了3维数值模拟。应用滑移网格技术实现了涡轮叶片与涡轮外环壁面之间的相对运动以及转子与静子之间干涉作用的模拟;分析了叶片的旋转作用、吹风比、气膜射流方向、气膜轴向射流角度等因素对高压涡轮外环非定常气膜冷却性能的影响规律。结果表明:在高吹风比下应防止叶片前缘上游气膜孔冷却裕度不足现象的发生;逆向排布的气膜孔更适合在高吹风比下使用;当气膜入射角由45°减小为30°时,外环面平均气膜冷却效率时均值增大18.54%,显著提高了涡轮外环冷却的冷气利用效率。 展开更多
关键词 高压涡轮外环 非定常气膜冷却 叶顶间隙 泄漏流 泄漏涡 动静干涉 航空发动机
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涡轮转子部分冠泄漏损失特性分析
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作者 李佳 邵飞 《燃气涡轮试验与研究》 北大核心 2020年第4期1-8,F0002,共9页
利用数值模拟方法,对前部分冠、后部分冠及前&后部分冠结构的气动性能进行了对比分析,指出了各部分冠泄漏损失的特点和来源,以及不同气动条件下部分冠的泄漏特性。结果表明,与全冠相比,前部分冠增加了因泄漏量增大而产生的额外间隙... 利用数值模拟方法,对前部分冠、后部分冠及前&后部分冠结构的气动性能进行了对比分析,指出了各部分冠泄漏损失的特点和来源,以及不同气动条件下部分冠的泄漏特性。结果表明,与全冠相比,前部分冠增加了因泄漏量增大而产生的额外间隙内部损失及机匣通道涡增强产生的额外掺混损失,后部分冠则增加了因出口腔内周向旋涡增强引起的额外腔内损失及其与主流的掺混损失,前&后部分冠泄漏损失大致是前部分冠和后部分冠对泄漏损失影响的综合结果。叶栅出口马赫数较大时,前部分冠结构更有利于控制泄漏损失;叶栅出口马赫数较小时,后部分冠结构更有利于控制泄漏损失。 展开更多
关键词 涡轮 部分冠 泄漏流动 气动性能 掺混损失
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Numerical Investigation of the Interaction between Mainstream and Tip Shroud Leakage Flow in a 2-Stage Low Pressure Turbine
11
作者 JIA Wei LIU Huoxing 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第3期215-222,共8页
The pressing demand for future advanced gas turbine requires to identify the losses in a turbine and to understand the physical mechanisms producing them. In low pressure turbines with shrouded blades, a large portion... The pressing demand for future advanced gas turbine requires to identify the losses in a turbine and to understand the physical mechanisms producing them. In low pressure turbines with shrouded blades, a large portion of these losses is generated by tip shroud leakage flow and associated interaction. For this reason, shroud leakage losses are generally grouped into the losses of leakage flow itself and the losses caused by the interaction between leakage flow and mainstream. In order to evaluate the influence of shroud leakage flow and related losses on turbine performance, computational investigations for a 2-stage low pressure turbine is presented and discussed in this paper. Three dimensional steady multistage calculations using mixing plane approach were performed including detailed tip shroud geometry. Results showed that turbines with shrouded blades have an obvious advantage over unshrouded ones in terms of aerodynamic performance. A loss mechanism breakdown analysis demonstrated that the leakage loss is the main contributor in the first stage while mixing loss dominates in the second stage. Due to the blade-to-blade pressure gradient, both inlet and exit cavity present non-uniform leakage injection and extraction. The flow in the exit cavity is filled with cavity vortex, leakage jet attached to the cavity wall and recirculation zone induced by main flow ingestion. Furthermore, radial gap and exit cavity size of tip shroud have a major effect on the yaw angle near the tip region in the main flow. Therefore, a full calculation of shroud leakage flow is necessary in turbine performance analysis and the shroud geometric features need to be considered during turbine design process. 展开更多
关键词 tip shroud leakage flow entropy rise low pressure turbine aerodynamic loss
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