涡轮叶尖泄漏流动控制及传热特性研究

发布时间：2024-02-25 01:51

　　燃气涡轮动叶叶顶间隙的存在,不仅引起涡轮气动性能下降,高温泄漏流对叶尖加热致使叶尖区局部温度过高,还可造成叶尖区域氧化及烧蚀,导致性能下降甚至动叶失效。因此,对燃气涡轮动叶叶尖设计而言,不仅需要采用更合理的叶尖结构来控制泄漏流动、改善涡轮气动性能,还要求对叶尖进行有效冷却,以满足冷却设计需求。本文的研究从叶尖泄漏流动控制及叶尖传热冷却两个方面展开。传统的肋条叶尖具有结构简单并能有效控制叶尖泄漏流动的优势,因而被广泛应用于涡轮动叶中。本文尝试改进叶尖结构,以期进一步减小叶栅气动损失,并降低动叶效率随间隙的变化率。不同叶尖结构的泄漏流动存在一定差异,直接影响叶尖区域的传热,而叶尖传热是冷却的基础。因此,在细致分析叶尖区域传热的基础上开展叶尖及机匣冷却研究,以降低叶尖及机匣表面的温度及热负荷。首先构建了叶尖参数化模型,通过数值方法对平面叶栅叶尖进行气动优化。优化的小翼凹槽叶尖降低了叶尖泄漏流量,同时削弱了叶尖泄漏涡和上通道涡强度,获得较凹槽叶尖更低的叶栅出口气动损失和损失随间隙的变化率。压力侧小翼叶尖虽减小了叶尖泄漏涡损失,但增加了上通道涡损失;吸力侧小翼有效减弱了上通道涡和泄漏涡强度,并将...

【文章页数】：183 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1CF6-50燃气涡轮叶尖间隙与速度随工况关系

第1章绪论第1章绪论背景及意义燃气轮机的结构紧凑、功率重量比高和启动调节迅速等优点，使力、石油等能源应用所起的作用越发关键。涡轮作为燃气轮机关rayton循环中，将燃烧室出口高温、高压燃气的内能部分地转机及外部负载。作为一种旋转部件，其旋转动叶和静止机匣之间不可避免....

图1-5涡轮叶尖泄漏流动示意图

致使叶尖流动传热更加复杂，叶尖冷却方式也受诸多条件的限制。鉴于叶尖间隙对涡轮性能的影响，且间隙流动及传热复杂，高速旋转的涡轮动叶叶尖间隙较小，叶尖区域流动及传热的详细测量难度较大，叶尖流动和传热研究仍需进一步展开和深化。分析叶尖泄漏流动和传热的作用机制，在动叶叶尖引入合理的结构，....

图1-7Yamamoto带叶尖间隙的涡轮二次流动模型

图1-6涡轮叶尖间隙流动模型[8]Thetipclearanceflowmodelsofturbine(Left:smalltip;Right离开间隙后与主流相互掺混，并与端区附面层相互1-7为Yamamoto[9]带叶尖间隙的涡轮二次流模型12，....

图1-8平面叶尖和凹槽叶尖泄漏流简单模型

Bindon和Dishart认为泄漏流在间隙内部相当。Yaras[12]认为间隙内损失占间隙引起总损失压力边倒圆角，消除叶尖分离泡来减小间隙内部损失量系数而引起掺混损失增加。一种常见的控制涡轮叶尖泄漏流动结构，其在叶尖尖泄漏流动阻力、减小叶尖泄漏流量。同时能够有面积，因而可采用....

本文编号：3909885