封严流对预旋供气系统温降特性影响的数值研究

为获得封严流对预旋供气系统温降特性的影响,基于三维稳态数值模拟方法,针对内封严出气流量、内封严进气流量、内封严进气温度和内封严进气旋转比四个因素进行了研究。结果表明:在保持供气流量和供气压力一定的条件下,封严流流出预旋腔对预旋供气系统温降特性影响微小;而封严流流入预旋腔的影响显著。内封严进气流量从0增大到喷嘴流量的20%时,温降效率降低31.3%;内封严进气温度升高37K时,温降效率降低29.2%;内封严进气旋转比从0提高到0.8时,温降效率提高15.6%。

高压涡轮封严流与主流相互作用的机理研究

为探究高压涡轮轮毂封严流与主流相互作用的机理,借助经过实验校核的数值模拟方法,详细分析了封严流对主流端区二次流结构的影响以及封严流与主流的相互作用过程。研究发现:一方面,主流从叶片前缘位置侵入封严结构内部,在封严出口处形成封严回流涡,并在封严结构内部诱导出一个反向涡,这两个涡直接影响封严结构的封严效率;另一方面,封严出口处封严回流涡与叶片通道内的马蹄涡压力面分支在流向上旋转方向一致,互相融合并增强通道涡强度。封严结构决定了封严回流涡流出的位置和速度方向,直接影响封严回流涡与马蹄涡压力面分支的相互作用过程,从而决定了损失的大小。研究还发现,当封严流和主流在封严出口交界面上流量相当且存在一定的周向速度差时,封严出口会发生Kelvin-Helmholtz不稳定现象。此时伴随大量边界层低能流体进入封严结构内,封严流周向速度减小,马蹄涡的压力面分支和封严回流涡随之减弱,继而使端区二次流损失减小。

端壁造型对高压涡轮封严流和主流的影响

轮缘封严流在保证高压涡轮正常工作的同时也会与通道主流发生相互作用,导致掺混损失增加。以某典型高压涡轮叶栅为研究对象,采用数值模拟的方法,开展了轮缘封严流与主流相互影响机理研究。在此基础之上,探讨了非轴对称端壁对涡轮端区二次流的影响,在不同封严流量下详细分析了涡轮内部损失变化情况。在封严流流量比为0.7%时,非轴对称端壁减弱了端区横向压力梯度,削弱了封严泄漏涡和马蹄涡压力面分支横向迁移的驱动力,延缓了通道涡的形成;当封严流流量比增大到1.3%时,端区二次流的强度更大,非轴对称端壁对端区流动损失仍然具有明显的抑制作用。必须指出的是非轴对称端壁可以削弱叶片吸力面局部的逆压梯度,抑制角区流动分离。