轮缘封严气体对涡轮转子性能影响的非定常数值研究
考虑封严容腔的涡轮非轴对称端壁优化目标研究

考虑封严容腔的涡轮非轴对称端壁优化目标研究潘贤德;吕剑波【摘要】基于自主开发的非轴对称端壁优化设计平台,在某高负荷低压涡轮环形叶栅上开展了非轴对称端壁设计,分别以总压损失、SKEH以及两者的组合参数为优化目标对不同的目标函数进行研究,计算时考虑下端壁封严容腔的影响.研究结果表明,封严容腔对端区二次流发展有重要影响,端壁造型能优化封严冷气出流方向和出流特征,从而抑制通道涡发展,因此在非轴对称端壁设计时要考虑容腔效应;单独采用SKEH为优化目标时,优化集中在降低二次动能上,遏制了封严出流漩涡的形成,不能有效抑制马蹄涡压力面分支的生成和发展.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】5页(P51-55)【关键词】涡轮;非轴对称;端壁;容腔;设计方法【作者】潘贤德;吕剑波【作者单位】中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海 200241;中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海 200241【正文语种】中文叶轮机械中的损失大致可分为叶型损失、端区二次流损失和叶尖泄漏损失三类[1]。
其中,端区损失主要产生于二次流以及端区边界层内的黏性摩擦作用,在小展弦比涡轮叶栅通道内,端区损失占总损失的比例可达30%~50%,在升力系数较大的大展弦比涡轮叶栅中,二次流问题变得更加突出。
非轴对称端壁造型作为一种先进的二次流控制技术,其基本原理是基于二次流的产生和发展机理,通过端壁形状的改变来减小端壁处从压力面到相邻叶片吸力面的压力梯度,减缓通道涡下部的新边界层生成,抑制二次流的发展,以此来削弱涡轮通道内的二次流损失。
Rose最早提出了非轴对称端壁的概念,相关研究表明,这种方法是减小端区二次流损失的有效途径之一。
非轴对称端壁设计技术已在国外多个民用航空发动机上得到应用,如罗罗的遄达系列发动机、GENX及LEAPX等。
在国内,中国航发商用航空发动机有限责任公司在非轴对称端壁技术研究方面开展了大量的工作。
1.5级涡轮轮缘密封燃气入侵特性的数值研究

1.5级涡轮轮缘密封燃气入侵特性的数值研究程舒娴;李军【摘要】通过雷诺应力湍流模型(SST)求解三维URANS(unsteady Reynods-averaged Navier-Stokes)方程组,研究了1.5级涡轮双重径向轮缘密封的非定常封严特性,采用附加变量法研究了主流入侵程度,数值模拟获得的动叶前、后腔时均预旋比和静压系数与实验数据吻合,验证了1.5级涡轮动静交界面设置和数值方法的有效性,并在此基础上研究了变工况对动叶下游压力分布与后腔封严效率的影响规律.结果表明:后腔轮缘密封的封严效率高于前腔;后腔上游主流周向压差的开方与主流流量系数成正比;冷气量不变时,随着主流流量的增大,后腔的封严效率逐渐降低至0.4后变化趋缓.%Characteristics of hot gas ingestion through turbine rim seals in a 1.5-stage turbine are numerically investigated with the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations and the SST turbulence model.The additional passive tracer is used to simulate the distribution of mainstream ingestion and the case mixed with sealing flow.The numerical results of the distributions of pre-swirl ratio and pressure in the front and aft wheel-spaces agree well with experimental results,so the relative position of domain interface and the effectiveness of the unsteady numerical calculation of the 1.5-stage turbine rim seal are verified.The unsteady pressure distribution and seal efficiency in the aft wheel-space under off-design conditions are analyzed,and the results show that:1) The seal efficiency in the aft wheel-space is higher than that in the front wheel-space;2) Extraction of square root of the mainstream circumferential differential pressure at upstream of the aft wheel-space isproportional to mainstream flow coefficient;and 3) With the increase in the main flow rate,the seal efficiency of the rear cavity is gradually reduced to 0.4,and then the change is slowed down at the same cooling flow rate.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2018(052)005【总页数】10页(P12-20,115)【关键词】涡轮;轮缘密封;燃气入侵;封严效率;数值模拟【作者】程舒娴;李军【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;先进航空发动机协同创新中心,100191,北京【正文语种】中文【中图分类】TK474.7涡轮的冷却气体通过涡轮叶栅主流通道与轮盘间的轮缘密封阻止高温燃气入侵盘腔,防止由轮盘过热而引起的安全问题,但是过多的冷却气体进入主流与主流掺混将降低涡轮级的效率。
关于涡轮级内非定常流场的数值研究

关于涡轮级内非定常流场的数值研究1 引言在叶轮机内由于动静叶的相对运动使得叶栅内流动具有很强的非定常性,尾迹与势流的交替干扰引起压力场随时间周期性的变化。
动静干涉不仅影响叶轮机械的工作性能,而且也会因为产生非定常的气动力而影响叶轮机械的疲劳寿命,因此研究动静干涉对于提高叶片的寿命和可靠性具有重要意义并且引起了越来越多的关注。
不少学者对转静干涉对叶轮机械性能的影响进行了研究,近些年随着实验测量手段的进步和粘性流场数值方法的发展,研究者对叶列间干扰有了进一步的研究和认识。
当前研究较多的是上游叶片的尾迹和下游叶片的势扰动对叶片非定常表面压力和气动力的周期性影响[1-2] 。
Denos[3] , Valenti[4]和Miller[5,6]对涡轮中尾迹与叶片的干扰进行了实验研究。
黄伟光等人采用数值方法研究了涡轮在非定常条件下的叶片气动力[7]。
王英锋等人对上游叶片尾迹对转子叶片非定常表面压力频谱特性影响进行了研究[8]。
本文对涡轮级内的动静相干非定常流场进行了数值模拟,主要研究了动静部件受非定常的影响效应,探讨了离涡轮级内非定常相干的机理。
2 数值计算方法2.1 基本控制方程及数值算法流场的计算采用了UNSTREST 程序,该程序是基于薄边界层近似的N-S 方程的流场求解代码。
采用了二阶精度显式的SCREE 格式,其仅需要非常小的人工粘性,可以在非常低的马赫数下运行,也可以在跨音速甚至超音速马赫数下求解。
在非定常计算中引入了隐式的双时间步方法。
表面剪切应力通过物面上第一个网格点上的特定Y+ 值和速度值来计算。
2.2 边界条件计算中给定了整个级的进出口条件。
在静子的进口边界处给定了总温、总压和气流角;在转子的出口边界上给定了静压,并使用了径向平衡。
上下游延伸部分的周向边界采用周期性边界条件。
对于固体壁面,取不可渗透、无滑移及绝热壁面边界条件,以确保通过与固体边界重合的网格面的质量流量、动量通量及能量通量为零。
基于非定常射流的对转涡轮气动调节性能研究

由于高压涡轮静-转叶片数约化之后叶片数通道数
之比为 21 ∶ 40ꎬ为减少计算量ꎬ改变导叶叶片数ꎬ使其与
NT
( m0 +m j ) h1t æç 1-
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转子叶片数之比约化为 1 ∶ 2ꎬ见图 1( a) ꎮ 涡轮叶片流道
h′2t ö
÷
(4)
h1t ø
采用 Autogrid5 自动生成 HOH 型拓扑网格ꎬ忽略叶尖间
于定常射流更易实现ꎬ故定常射流更具工程应用价值ꎮ
关键词:对转涡轮ꎻ非定常射流ꎻ定常射流ꎻ气动调节
中图分类号:V231.3 文献标志码:A 文章编号:1671 ̄5276(2022)06 ̄0173 ̄04
Research on Aerodynamic Regulation Performance of Counter - rotating
PR
î
(2)
0ꎬD / f≤t-int( t) <1 / f
式中:A 是射流幅值ꎻt 是射流时间ꎻf 是射流频率ꎻD 是射
(3)
流占空比ꎮ
式中:m0 表示涡轮进口流量ꎻP 和 η 表示涡轮的膨胀比和
1.2 数值计算方法
式(3) 中考虑冷气射流的涡轮效率定义式 [1 1] 如下:
效率ꎬ下标“ R” 、“ j” 分别为基准工况和冷气射流工况ꎮ
流量调节方法主要包括可调导叶的机械调节和冷气射流
流量的有效性ꎮБайду номын сангаас
节ꎬ是其实现工程应用需解决的一个关键技术问题ꎮ
的气动调节两种方式ꎮ 雒伟伟等 [2] 发现对转涡轮的高压
导叶角度增加 15° 或 - 8°ꎬ涡轮流量变化范围约为 25%ꎮ
但高温环境下可调导叶设计难点在于结构密封及冷却问
《非定常气膜冷却的实验与数值研究》范文

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》篇一一、引言随着航空工业的飞速发展,气膜冷却技术因其出色的热防护效果在航空发动机中得到了广泛应用。
非定常气膜冷却作为一种新型的冷却技术,其通过非定常的流动特性来增强冷却效果,具有很高的研究价值。
本文将通过实验与数值研究相结合的方式,对非定常气膜冷却的特性和规律进行深入研究。
二、文献综述气膜冷却技术是近几十年来航空领域研究的热点。
在以往的研究中,学者们主要关注了定常气膜冷却的流动和传热特性,而关于非定常气膜冷却的研究相对较少。
然而,非定常气膜冷却因其独特的流动特性和良好的冷却效果,在航空发动机中具有广阔的应用前景。
本文将对近年来非定常气膜冷却的研究成果进行综述,以期为本文的实验和数值研究提供理论基础。
三、实验研究3.1 实验装置与方法为了对非定常气膜冷却进行实验研究,本文搭建了一套高精度的实验装置。
该装置主要包括气源系统、供气系统、实验段和测量系统等部分。
实验中,我们采用了高速摄像机、压力传感器和热电偶等设备对非定常气膜冷却的流动特性和传热特性进行测量和分析。
3.2 实验结果与分析通过实验,我们得到了非定常气膜冷却在不同条件下的流动特性和传热特性。
实验结果表明,非定常气膜冷却在一定的条件下可以显著提高冷却效果。
同时,我们还发现非定常气膜冷却的流动特性与定常气膜冷却存在明显的差异,这主要是由于非定常气膜冷却中的涡旋结构和流线分布不同所导致的。
四、数值研究为了进一步探究非定常气膜冷却的流动特性和传热特性,本文还进行了数值研究。
我们采用了计算流体动力学(CFD)软件对非定常气膜冷却进行了数值模拟。
通过对比实验结果和数值结果,我们发现数值模拟可以较好地反映非定常气膜冷却的流动特性和传热特性。
五、结论与展望本文通过实验与数值研究相结合的方式,对非定常气膜冷却的特性和规律进行了深入研究。
实验结果表明,非定常气膜冷却在一定的条件下可以显著提高冷却效果。
同时,我们还发现非定常气膜冷却的流动特性与定常气膜冷却存在明显的差异。
涡轮泵密封对转子动力特性的影响

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冀沛尧 何立东 胡航领 涂 霆
( Beijing Key Laboratory of Health Monitoring and Self⁃recovery for High end Mechanical Equipment, Beijing 100029,China)
Abstract:An abnormal vibration problem exists in the hydrogen turbine pump in rocket engine,which is caused by the influence of the labyrinth seal used in the turbo pump on the stability of the pump’ s rotor system. In order to solve the vibration problem,the rotor system model was established.Dynamic coefficient of seal and inducer was calculated by CFD and was generated into the rotor system model to obtain rotor logarithmic decrement. The influence of labyrinth seal and inducer on the stability of rotor system was studied.The influence of hole⁃pattern seal instead of labyrinth seal on the stabil⁃ ity of rotor system was analyzed.The results show that a relatively large rotor logarithmic decrement can be obtained by the labyrinth seal with small eccentricity,big sealing clearance,suitable tooth thickness and multiple teeth of labyrinth seal. However,it is still unable to meet the requirement of the logarithmic decay rate greater than 0.1 in API617 standard.The use of hole⁃pattern seal instead of labyrinth seal can meet the requirement of API617 standard,and the the stability of rotor system is improved greatly.The research also shows that the inducer has a negative effect for the stability of rotor system.
泵喷定子襟翼作动对转子非定常力抑制方法数值研究

本文网址:/cn/article/doi/10.19693/j.issn.1673-3185.03229期刊网址:引用格式:汤王豪, 黄修长, 饶志强, 等. 泵喷定子襟翼作动对转子非定常力抑制方法数值研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(6):21–29.TANG W H, HUANG X C, RAO Z Q, et al. Numerical investigation on unsteady force suppression of pump-jet rotor by oscillating stator trailing edge flaps[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(6): 21–29.泵喷定子襟翼作动对转子非定常力抑制方法数值研究扫码阅读全文汤王豪1,2,黄修长*1,2,3,饶志强1,2,3,华宏星1,2,31 上海交通大学 振动、冲击、噪声研究所,上海 2002402 上海交通大学 机械系统与振动国家重点实验室,上海 2002403 船海特装和动力系统国家工程中心,上海 200240摘 要:[目的]转子非定常力是泵喷推进器轴系振动的主要激励源,其产生机理和抑制机理受转−定子干扰流动的影响,需研究其抑制方法。
[方法]在泵喷推进器定子后缘引入襟翼结构,利用襟翼作动产生二次流动,改变转子入流条件,调控转−定子干扰流动,达到抑制转子非定常力的目的。
以具有前置定子襟翼的Suboff 全附体艇后泵喷推进器为研究对象,采用基于SST k –ω湍流模型的URANS 方法和动网格技术建立可实现定子襟翼作动的数值模型。
针对转子非定常力转子叶频分量的抑制,给出定子襟翼作动规律的表达式。
[结果]结果显示,在襟翼作动最优控制下,泵喷的水动力性能变化不超过1%,转子轴向非定常力在转子叶频处下降了83.35%,单个转子叶片轴向非定常力在转子叶频处降低了81.80%;襟翼作动对定子尾迹与转子入流速度的调控是抑制转子非定常力的机理。
燃气涡轮机导片与转子叶片交互作用的非定常流场数值模拟

关键 词 : 气涡 轮机 ; 燃 涡轮 导 片及转 子 叶片 间隙 ; 非定 常流 ; 数值 模 拟 ; 轮机 效率 涡
【 b tat p l dIE /F r e ea ro osrc dte0 H gi s m te ie dp n etto A sr c】A pi M C Dgi gn rt nt t 一 d yt ,h m - ee d n,w - e C d o tc ue h r s e t
r h r i e如 s t t bn e u i r v m n a do t m . mp o e e tn p i mu Ke r s Ga r i e Va e b a es a i g Un t a yf w; m e i a i u a i n Tu b n f ce c y wo d : s u b n ; n - l d cn ; s e d o , t p l Nu r c l m l t ; r i e i i n y s o e
to y e h nta y O rcue n ue yte ubn a e a dba e. o p rd wt rv u x ei w p sfte s e d f Ws utr id cdb rievn s n ld sC m ae i p e i s ep r t o u l t ht h o -
e t e u s h w terl bly o te p ee t a o td m d l h o ed n ldn o n a a r m na rs l so h e a it h rsn dpe o e T e f w f l icu igb u d y l e l t i i f l i s r y te eeo m n f s aai o ,a d te f w s u tr f l-h c b ten h v n s a d h d v l e t o e rt o f w n h o t cue p p nl l r o mu iso k ew e t t e a e n
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轮缘封严气体对涡轮转子性能影响的非定常数值研究
摘要:本文研究了轮缘封严气体对涡轮转子性能的非定常数值影响。
在本文中,建立了用于模拟轮缘密封气体对单级涡轮机性能影响的数学模型。
在这一数学模型的基础上,采用基于时域双网格的空间分区方法,以研究后者对涡轮转子性能影响的非定常数值研究。
结果表明,轮缘封严气体具有改善涡轮转子性能的作用,其中压力梯度是影响因素之一。
此外,还研究了轮缘封严气体的流量、紊流强度和温度等因素对涡轮转子性能的影响。
关键词:轮缘封严气体,涡轮转子,性能,非定常数值,数学模型。
轮缘密封气体可以在涡轮机中用来提升性能。
它能够增强机体内部流动,减少机体内部紊流,并降低结构损耗。
轮缘封严气体可以有效改善涡轮机的效率。
它能够通过减少单次正旋腔的进气量来提高涡轮转子的效率,并减少表面损耗。
此外,轮缘封严气体可以稳定流量不均匀性,减少足迹温度的变化,从而提高涡轮转子的效率、耐久性和可靠性。
同时,轮缘封严气体可以控制流体压力,减少冷却气体流量,从而节省能源。
除此之外,轮缘封严气体还能够降低涡轮机叶片声动力学效应,提供机体优化设计参数,以及减少对环境影响等。
因此,在涡轮机的设计和运行中,应充分考虑轮缘封严气体的使用,以提高涡轮转子的性能和机体的稳定性,并节省能源和减少对环境的影响。
为了充分发挥轮缘封严气体的性能,必须进行相应的优化。
在优化过程中,应考虑到轮缘封严气体的流量、压力梯度、质量流量比、蒙特卡罗数等因素。
此外,由于轮缘封严气体本身往往存在一定的流动不均匀性,也应当进行
合适的修正。
另外,由于轮缘封严气体可以改变机体内部流体结构,因此应根据设计要求对各组件进行恰当的精度设计。
例如,轮缘封严气体的几何尺寸必须精确,能否满足入口温度、出口温度、压力梯度和入口/出口应力的要求。
另外,涡轮机的性能测试也是实施轮缘封严气体使用的重要部分。
在测试过程中,主要要检测涡轮机效率、出口压力和出口流量等参数,以便了解轮缘封严气体的使用效果。
最后,应考虑轮缘封严气体的非常规应用,例如应用于高压/低压状态的
涡轮机、双级涡轮机或混合流动涡轮、超压涡轮机等。
还应注意轮缘封严气体的安全性,以减少可能产生的危险。
例如,在进行维护和维修时,必须留意轮缘封严气体的变化,并确保打开容器前要检查轮缘封严气体的压力,以防止发生爆炸等危险。
此外,应确保轮缘封严气体系统的处理和清洁工作合乎要求,保证其正常使用,避免对涡轮机造成损害。
此外,当使用轮缘封严气体时,应考虑到其阻力特性和可能产生的涡流,以达到最佳效果。
总之,在涡轮机的设计和运行中,都应充分使用轮缘封严气体,以提高涡轮机的性能,降低噪声,减少对环境的影响,确保安全性,并提高可靠性。
以上所述是关于轮缘封严气体在涡轮机设计和运行中重要性的总结。
同时,在涡轮机的设计和运行中,也应考虑到涡轮结构的特性、控制系统设计、机体材料材料选择、控制流程优化、冷却技术以及转子面优化等因素。
例如,除了使用轮缘封严气体外,特别是在高压蒸汽涡轮机中,应使用适当的涡轮形式和轮毂结构,以满足效率和安全性要求。
而且,现在大多数涡轮机都采用控制器控制,所以也必须考虑控制器的设计和参数设置。
此外,涡轮机的机体材料选择也很重要,其合理性和可靠性直接影响机体的可靠性和稳定性。
最后,要保证涡轮机的寿命,还必须考虑到转子的热稳定性和声学性能,以减少其对环境的影响。
因此,除了使用轮缘封严气体外,还应考虑到上述所有因素,以获得最佳性能。
涡轮机的可靠性和安全性是实现可持续发展的重要前提,因此在使用涡轮机方面应予以重视。
一般来说,除了使用轮缘封严气体外,还应对涡轮机的设计、机体材料、涡轮形式、控制系统、控制流程、冷却技术、转子面优化和热稳定性等进行全面考虑,以便最大限度地提高涡轮机的效率、安全性和可靠性。
此外,在使用轮缘封严气体时,还应注意压力的变化,以避免发生可能的危险,并且不要忘记要定期检查系统的清洁度,以保持轮缘封严气体的正常工作状态。
最后,为了提高控制质量,也应考虑控制器的参数设置和控制系统的设计优化。
综上所述,轮缘封严气体在涡轮机设计和运行中具有很重要的作用,但在实际工作中仍然需要对涡轮形式、机体材料、控制系统、控制流程、冷却技术、转子面优化等其他因素进行全面考虑,以确保最高的效率、安全性和可靠性。
此外,为了保证涡轮机的可靠性和安全性,在运行过程中还要注意以下几点:确保涡轮机使用正确的润滑油,以便充分利用其品质优势;严
格控制涡轮机使用的参数,例如转速、负荷等,以避免发生损坏;提高涡轮机的密封水平,以提高其可靠性;定期检查涡轮机内部的温度、湿度和噪声,以保证环境友好,并确保控制系统的正常工作;检查涡轮机是否存在衰减现象,以确保其长期可靠性;确保涡轮机周围的环境温度、湿度和噪声合理,以避免对涡轮机的损坏。
另外,在使用涡轮机时,还应注意以下几点:将适当的安全设备安装在涡轮上,以减少可能的风险;建立一套有效的检测和维护机制,定期检查涡轮机,并对发现的故障及时进行维护和维修;在安装涡轮机时,必须遵守所有安全标准,以确保涡轮机的安全性。
综上所述,轮缘封严气体只是确保涡轮机可靠性和安全性的一个要素,要确保涡轮机的可靠性和安全性,还必须注意设计机组的合理性、选择正确的控制系统和控制流程、安装有效的安全设施、建立有效的监测维护机制等因素。