高旋转雷诺数下预旋进气转-静盘腔流动换热特性

运用RNG k-ε湍流模型对高旋转雷诺数和预旋进口速度下,静盘外缘预旋进气、转盘外缘轴向出流模型的流动和换热过程进行了三维数值模拟,主要研究了冷气流量Cw、旋转雷诺数R ee等参数对转盘对流换热系数和出流口温度分布的影响,并与垂直进气方式进行了对比。研究表明:预旋进气方式与垂直进气相比可降低涡轮叶片冷气入口总温;冷气流量增大以及旋转雷诺数增大均使得转盘平均换热增强;涡轮叶片入口温度随冷气流量增大而降低,随着旋转雷诺数的增大先升高后降低。

加罩转—静盘系的换热—换质实验研究

应用传热—传质类比原理于加罩转—静盘系统，通过盘缘轴向进气实验模型的研究，用萘升华法得到加罩转—静盘系旋转盘表面的局部和平均换质规律，从而类比出旋转盘的局部和平均的换热规律。文章分析了系统的几何尺寸（主要是间隙比Ｇｃ、间距比Ｇｓ）、旋转雷诺数Ｒｅθ和流量系数Ｃｗ对换质的影响。并用实验方法给出准则关系式，且对这种研究方法给出了误差分析结果。

空气系统转静腔室轴向力计算与试验研究

燃气轮机转子的轴向推力是燃机总体设计的重要指标之一。燃机转子轴向推力必须保持在一个合适的载荷范围内,即作用在轴承上的轴向推力大小合适且不换向。因此,对空气系统转静腔室轴向力展开计算与试验研究,开展空气密封系统流体网络计算,揭示转-静盘腔气体轴向力产生机理,将转-静盘腔气动推力与转子支承系统解耦,提出一种转-静盘腔气动轴向推力的直接动态测试方法,搭建了转-静盘腔轴向力机理试验台,开展不同压差与不同转速下的转-静盘腔轴向力测试,并利用理论计算与仿真计算对试验结果进行验证,结果表明轴向力直接测试方法准确、可靠。以上研究结果对揭示燃气轮机转-静盘腔轴向力产生机理,明确影响燃机高压转子轴向力大小与方向的关键因素具有重要意义。

涡轮盘腔层流流动与传热相似研究

对描述转-静盘腔流体层流流动与传热的控制方程进行无量纲变换得到相似准则,获得了层流条件下流动与传热相似需满足的准则条件:Re,Ro(或Reω),Pr和Grωi(i=1,2,3)对应相等。分别对高温和低温条件下涡轮盘腔内流动和传热进行数值模拟,在满足对应准则数相等和单值性条件相似时,两个盘腔模型的无量纲速度和无量纲温度等值线分布都吻合,高温和低温模型的流场和温度场相似,从而证明了通过低温涡轮盘腔实验定量模拟高温条件下涡轮盘腔流动与传热的可行性。

带盖板的预旋系统温降和压力损失数值研究

为了更大限度地挖掘预旋系统的温降潜力,对有盖板的预旋进气转-静盘腔内的气动热力问题进行了数值模拟,研究了旋转雷诺数、无量纲流量和旋转比对系统温降和压力损失特性的影响,结合盘腔内的流动特征分析了预旋温降和压力损失机理.计算表明绝热条件下的预旋温降主要受动静坐标系转换引起的动降温、离心升温,以及摩阻做功与黏性耗散等不可逆因素三方面影响,其中动降温取决于气流速度和相对速度,这些因素综合决定了系统温降随旋转雷诺数、无量纲流量和旋转比的变化规律.系统压降主要受气动损失、离心升压和坐标系转换引起的动压变化三方面影响.数据显示旋转比是无量纲温降和压力损失系数的主要影响因素.还讨论了预旋孔和接受孔流量系数随流量、转速和旋转比的变化规律.