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Control of squealer-tip leakage flow with perforated-rib coolant injection in an axial turbine cascade
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作者 Shengchang ZHANG Qinqin WANG +1 位作者 Xiaoming TAN Jingzhou ZHANG 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期54-73,共20页
A novel perforated-rib configuration is proposed for controlling the tip leakage flow at the rotor tip of an axial turbine.Three perforated-rib layouts are considered,wherein a perforated rib is installed at(A)the Suc... A novel perforated-rib configuration is proposed for controlling the tip leakage flow at the rotor tip of an axial turbine.Three perforated-rib layouts are considered,wherein a perforated rib is installed at(A)the Suction-Side squealer(SS-rib),(B)the Pressure-Side squealer(PS-rib),and(C)the additional squealer along the blade Camber Line(CL-rib).A numerical method is used to show how the novel rib layouts affect the aerodynamic performance of the tip leakage flow.Results show that the coolant jets issuing from the perforated-rib injection holes penetrate deeper into the tip clearance than those in the baseline squealer-tip case,and how the perforated-rib coolant injection affects the tip leakage flow depends strongly on the rib layout.The PS-rib and CL-rib layouts appear promising for controlling the tip leakage flow,playing a significant role in reducing the total pressure loss and improving the turbine blade’s isentropic efficiency.In particular,under an injection mass flow ratio of 1%and a tip clearance of 1%blade span,the PS-rib layout reduces the leakage mass flow rate by 27%and increases the isentropic efficiency by 1.25%compared with those in the baseline squealer-tip case.Meanwhile,the advantages of the PS-rib layout in tip leakage control are confirmed under small and large tip clearances. 展开更多
关键词 AERODYNAMICS Perforatedrib squealer tip tip injection tipleakageflow
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自发射流耦合凹槽抑制涡轮叶尖泄漏的数值研究 被引量:3
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作者 胡建军 张香兰 +1 位作者 张铎 孔祥东 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期524-530,共7页
为了探究复合被动结构对涡轮叶栅流场特性的影响,进一步减小涡轮叶尖泄漏量,建立了自发射流耦合叶顶凹槽的数值计算模型,采用正交试验法优化了射流参数,得到最优射流参数组合为A1B1C1,即间隙高度为0.5mm、射流角为30°、射流偏转角... 为了探究复合被动结构对涡轮叶栅流场特性的影响,进一步减小涡轮叶尖泄漏量,建立了自发射流耦合叶顶凹槽的数值计算模型,采用正交试验法优化了射流参数,得到最优射流参数组合为A1B1C1,即间隙高度为0.5mm、射流角为30°、射流偏转角β为0°。在此基础上,将自发射流与叶顶凹槽进行耦合,结合间隙内流线、速度及平均总压损失系数分析了耦合结构下的泄漏流场特性。结果表明:当凹槽宽度与叶高比值(w/h)较小时,自发射流与叶顶凹槽耦合时存在最佳凹槽深度,即w=5%h,凹槽深度d=1%h,耦合结构较纯自发射流的间隙内部损失更大,叶尖泄漏量更小,泄漏抑制效果更优;当w/h较大时,耦合结构的泄漏抑制效果恶化,甚至较纯自发射流差,这种效应随着d/h减小更为明显。 展开更多
关键词 叶尖泄漏 自发射流 叶顶凹槽 正交试验法 数值模拟
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带叶尖自发射流的平面叶栅流场特性数值研究 被引量:2
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作者 胡建军 孔祥东 +3 位作者 李志显 张永贵 张永建 徐进良 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第8期612-617,共6页
通过数值求解三维定常黏性雷诺时均N-S方程,获得了叶尖单孔自发射流条件下的叶栅流场,分析了自发射流与泄漏流的相互作用,比较了有、无自发射流条件下叶尖泄漏及载荷分布,探讨了端壁相对运动速度对自发射流抑制泄漏流有效性的影响.结果... 通过数值求解三维定常黏性雷诺时均N-S方程,获得了叶尖单孔自发射流条件下的叶栅流场,分析了自发射流与泄漏流的相互作用,比较了有、无自发射流条件下叶尖泄漏及载荷分布,探讨了端壁相对运动速度对自发射流抑制泄漏流有效性的影响.结果表明:叶尖射流在其下游形成的扇形低速区占据了部分泄漏流通道,由此对泄漏流产生一定的抑制作用,同时对叶尖吸力面载荷分布产生影响;与无叶尖射流相比,当进口雷诺数同为5.764×105时,叶尖自发射流的存在使泄漏比相对值降低5.42%,单个叶片载荷增加1.41%. 展开更多
关键词 平面叶栅 自发射流 叶尖泄漏流 数值模拟
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带有自发射流的涡轮叶顶间隙流场PIV测量 被引量:2
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作者 胡建军 张铎 +2 位作者 李志显 马龙 孔祥东 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第11期870-876,共7页
为了探究叶尖射流对涡轮叶栅流场特性的影响,搭建了一个小尺度低速叶栅风洞实验台,利用粒子成像测速(PIV)技术对带有自发射流的涡轮叶顶间隙流场进行了直接测量,获得了低雷诺数(Re=6.46×103~3.23×104)下射流孔附近... 为了探究叶尖射流对涡轮叶栅流场特性的影响,搭建了一个小尺度低速叶栅风洞实验台,利用粒子成像测速(PIV)技术对带有自发射流的涡轮叶顶间隙流场进行了直接测量,获得了低雷诺数(Re=6.46×103~3.23×104)下射流孔附近的流动图像及速度测量结果,展示了叶顶间隙内层流和紊流2种流态下自发射流与泄漏流的相互作用过程,揭示了低雷诺数工况下(涵盖层流到紊流的转捩)叶尖射流抑制泄漏流的作用机理及影响因素,并对叶尖射流尾迹中出现的类卡门涡街的涡分布现象进行了探讨.结果表明:叶尖射流的引入在泄漏流抑制方面取得一定收益,但同时也进一步加剧了叶顶间隙流动的复杂性. 展开更多
关键词 叶顶间隙 泄漏流 叶尖射流 PIV 流场
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一种复合方法抑制叶尖泄漏的试验及模拟研究 被引量:1
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作者 胡建军 张铎 +1 位作者 张香兰 孔祥东 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2283-2291,共9页
为了强化涡轮叶顶间隙泄漏抑制,提出了将被动式气动封严与叶尖几何改型方法相结合用于抑制叶尖泄漏及其损失的流动调控新方案。对叶顶凹槽与自发射流耦合的3种典型方案进行了模型试验和数值模拟,探讨了2种被动式抑制方法的耦合机理。研... 为了强化涡轮叶顶间隙泄漏抑制,提出了将被动式气动封严与叶尖几何改型方法相结合用于抑制叶尖泄漏及其损失的流动调控新方案。对叶顶凹槽与自发射流耦合的3种典型方案进行了模型试验和数值模拟,探讨了2种被动式抑制方法的耦合机理。研究表明,叶顶凹槽与自发射流(STI)之间存在明显耦合作用,当自发射流出口位于凹槽底部时,自发射流与凹槽涡(GV)预先掺混,导致2种抑制效应相互抵消,无法对泄漏流形成有效抑制,为不良耦合。而当自发射流出口位于凹槽压力边或吸力边时,自发射流的反吹阻滞效应与凹槽涡的动能耗散效应相叠加,对泄漏流形成2次有效封堵,为有效的耦合方案,而且以自发射流出口位于凹槽吸力边时,对泄漏流的抑制效果最佳。 展开更多
关键词 叶尖泄漏 自发射流(STI) 凹槽涡(GV) 流动耦合 数值模拟
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端壁运动对自发射流抑制叶尖泄漏影响的数值研究
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作者 李志显 张永贵 +4 位作者 胡建军 孔祥东 杜胜华 李洪 张永建 《汽轮机技术》 北大核心 2015年第2期111-116,共6页
通过数值手段分析了端壁运动对带有叶尖自发射流的叶栅流场特性、叶顶间隙泄漏流量特性及叶片周向载荷分布特性的影响。结果表明:端壁运动的反向刮削作用会显著影响间隙附近流场,随着端壁运动速度增大,泄漏涡和上通道涡会逐渐向叶片吸... 通过数值手段分析了端壁运动对带有叶尖自发射流的叶栅流场特性、叶顶间隙泄漏流量特性及叶片周向载荷分布特性的影响。结果表明:端壁运动的反向刮削作用会显著影响间隙附近流场,随着端壁运动速度增大,泄漏涡和上通道涡会逐渐向叶片吸力面靠近,同时,泄漏涡强度逐渐削弱,而上通道涡强度逐渐增强,平均总压损失增大;端壁运动对叶尖自发射流抑制泄漏流的效果有放大作用;端壁运动会显著改变叶尖吸力面附近静压系数的分布,使其具有后加载的特性。 展开更多
关键词 叶尖泄漏流 自发射流 端壁运动 周向载荷
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A novelapproachforsuppressingleakage flow throughturbinebladetipgaps
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作者 Tianyi Wang Yimin Xuan 《Propulsion and Power Research》 SCIE 2022年第4期431-443,共13页
Tip clearance leakage flow of the turbine bade is an important factor limiting the augment of the high pressure turbine efficiency,which should be suppressed utilizing certain methods.However,the passive control metho... Tip clearance leakage flow of the turbine bade is an important factor limiting the augment of the high pressure turbine efficiency,which should be suppressed utilizing certain methods.However,the passive control method with the traditional structure is more and more difficult to satisfy the suppressing ability of the advanced turbine demand.In the present paper,a synergetic suppressing method by combining the approach of blade shape modification and spontaneous injection is adopted,to construct a novel tip structure.The aerodynamic characteristics of the tip leakage flow(TLF)with different blade tip configurations,such as the squealer,squealer-winglet(SW)and squealer-winglet-spontaneous injection holes(SWS)composite configurations,are numerically investigated.The impacts of several key geometric parameters,such as the winglet width and the space ng of spontaneous injection holes,are also discussed.Due to the adjustment of the winglet,the SW tip configuration can get better suppressing effect on TLF than the squealer tip.The SWS synergetic suppression tip decrease the leakage flow rate and the leakage mixing loss on the basis of the SW tip due to the blocking effect of the spontaneous injection flow.The key geometric parameters study shows that the suppressing effect of the TLF can be improved by reasonably increasing the winglet width and reducing the spacing between spontaneous injection holes. 展开更多
关键词 Gas turbine Blade tip leakage flow squealer winglet tip spontaneous injection
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间隙高度对自发射流抑制叶尖泄漏的影响 被引量:8
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作者 胡建军 孔祥东 徐进良 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1510-1516,共7页
通过数值求解三维定常黏性雷诺时均N-S方程,获得了单孔叶尖自发射流条件下不同叶顶间隙的叶栅流场,对比分析了间隙高度对自发射流与叶尖泄漏流相互作用特性、叶尖泄漏流量以及叶片载荷的影响.结果表明:当叶顶间隙高度为1mm(t/H=0.5%)时... 通过数值求解三维定常黏性雷诺时均N-S方程,获得了单孔叶尖自发射流条件下不同叶顶间隙的叶栅流场,对比分析了间隙高度对自发射流与叶尖泄漏流相互作用特性、叶尖泄漏流量以及叶片载荷的影响.结果表明:当叶顶间隙高度为1mm(t/H=0.5%)时,自发射流对泄漏流有明显的阻挡作用,泄漏流量比减少0.06%,同时叶片载荷增加1.39%.当叶顶间隙高度增大到4mm(t/H=2%)时,自发射流的阻挡作用及对叶片载荷的增加作用基本消失;减小间隙高度可以有效提高自发射流的控制效果,同时降低因分离造成的流动损失;自发射流的存在显著改变了间隙流场分布及叶尖吸力面附近静压系数分布,计算发现当泄漏流绕自发射流流过时,下游流场出现类似卡门涡街的涡分布现象. 展开更多
关键词 叶尖泄漏流 自发射流 间隙高度 数值模拟 控制效果
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叶顶喷气对凹槽叶尖气动性能的影响 被引量:3
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作者 轩笠铭 邹正平 +3 位作者 赵强 黄霖 杜金霖 陈云 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1030-1041,共12页
对某型航空发动机高压涡轮转子叶片通过相似变换得到的低速叶型进行研究,探讨叶尖机匣相对运动条件下,叶顶喷气对凹槽叶尖气动性能的影响。结果表明:叶顶喷气对平叶尖的气动性能影响有限,但会降低凹槽叶尖效率;在相同喷气条件下,使用凹... 对某型航空发动机高压涡轮转子叶片通过相似变换得到的低速叶型进行研究,探讨叶尖机匣相对运动条件下,叶顶喷气对凹槽叶尖气动性能的影响。结果表明:叶顶喷气对平叶尖的气动性能影响有限,但会降低凹槽叶尖效率;在相同喷气条件下,使用凹槽叶尖相比于使用平叶尖可降低20%的叶尖泄漏损失;泄漏流在凹槽内部的能量耗散主要来自于泄漏流动与凹槽涡和刮削涡的相互作用,在喷气条件下,刮削涡仍然是泄漏流动的主要控制结构。喷气位置对凹槽叶尖性能有显著的的影响;在靠近吸力侧和前缘布置喷气孔,有利于凹槽气动性能的提升;基于以上研究,建立可用于凹槽叶尖的泄漏流动损失模型,新模型相比Denton模型误差降低了31.6%。 展开更多
关键词 凹槽叶尖 叶尖泄漏流动 叶顶喷气 气动性能 流动机理 损失模型
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叶顶和外环喷气对叶尖区域换热特性的影响
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作者 毕帅 毛军逵 李自强 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期475-484,共10页
以GE-E3高压涡轮的第一级动叶为研究对象,采用数值求解RANS方程方法研究叶顶冷气喷射、外环冷气及两者同时冷却对叶顶和外环的换热特性的影响。结果表明:相较于无冷却的凹槽叶尖,外环和叶顶两者同时冷气喷射使得凹槽底部平均换热系数的... 以GE-E3高压涡轮的第一级动叶为研究对象,采用数值求解RANS方程方法研究叶顶冷气喷射、外环冷气及两者同时冷却对叶顶和外环的换热特性的影响。结果表明:相较于无冷却的凹槽叶尖,外环和叶顶两者同时冷气喷射使得凹槽底部平均换热系数的峰值点沿轴向后移至15% Cax位置处,使得凹槽的槽底最大换热系数降低17.2%。单一外环喷气对降低平顶叶尖的叶顶和外环的换热系数效果最佳,但是平顶叶尖的叶顶区域和外环区域的热负荷的降低依赖于不同的冷却方式。而叶顶和外环两者同时喷气的冷却方式对凹槽叶尖的冷却最为稳定,对抑制叶顶和外环两区域的对流换热系数和热载荷方面均表现最好。 展开更多
关键词 涡轮动叶 凹槽叶顶 叶顶冷气 外环气膜 传热
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