叶顶凹槽间隙气膜冷却的传热数值研究 被引量：10

1

作者 周治华 陈绍文 +2 位作者 李伟航 崔涛 王松涛 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期575-582,共8页

采用三维气热耦合数值模拟方法,分析了凹槽间隙底面受到泄漏流冲击的流动特性,对气膜冷却参数对凹槽间隙气膜冷却换热效果的影响进行了研究,探讨了吹风比、冷却孔位置、冷却孔角度对壁面换热的影响,并结合三维流固耦合计算,研究了叶顶... 采用三维气热耦合数值模拟方法,分析了凹槽间隙底面受到泄漏流冲击的流动特性,对气膜冷却参数对凹槽间隙气膜冷却换热效果的影响进行了研究,探讨了吹风比、冷却孔位置、冷却孔角度对壁面换热的影响,并结合三维流固耦合计算,研究了叶顶气膜冷却方式对叶顶表面传热的影响。结果表明,冷却孔位于间隙流动冲击凹槽底面上游位置能有效降低壁面Nu数,获得较低的叶片表面平均温度,此时大吹风比效果更好;所选取的冷却方式使得E3高压涡轮第一级动叶的最大无量纲温度降低了0.156。 展开更多

关键词 涡轮动叶 叶顶凹槽 间隙泄漏流 气膜冷却 气热耦合

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轴流压气机转子叶顶凹槽及其改进结构研究 被引量：4

2

作者 王维 楚武利 +1 位作者 张皓光 米攀 《流体机械》 CSCD 北大核心 2012年第6期33-39,共7页

为揭示叶顶凹槽对轴流压气机气动性能的影响和机理,本文对一试验台转子进行了全工况数值模拟,计算性能与试验结果取得很好的一致性。在此数值模型基础上对叶顶凹槽及其改进结构—叶顶篦齿进行了数值研究,研究分析表明:叶顶凹槽降低了泄... 为揭示叶顶凹槽对轴流压气机气动性能的影响和机理,本文对一试验台转子进行了全工况数值模拟,计算性能与试验结果取得很好的一致性。在此数值模型基础上对叶顶凹槽及其改进结构—叶顶篦齿进行了数值研究,研究分析表明:叶顶凹槽降低了泄漏流流量,但转子效率和失速裕度均有所下降,主要因为叶顶泄漏流在逆压梯度的作用下沿槽内向叶顶前缘方向流动,使前缘附近泄漏流反流程度增大,造成二次流损失及通道堵塞程度增大;凹槽深度是影响转子气动性能的主要因素。将叶顶凹槽分割开形成叶顶篦齿结构,在效率下降很小的情况下提高了转子的失速裕度;通过调整篦齿位置可进一步提高转子的气动性能;叶顶篦齿的应用存在特定的叶顶间隙范围。 展开更多

关键词 轴流压气机 泄漏流 泄漏涡 叶顶凹槽 叶顶篦齿

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液环泵叶片轴向叶顶凹槽间隙流场及其性能 被引量：6

3

作者 张忱 张人会 +1 位作者 李仁年 孟凡瑞 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期358-363,共6页

为改善液环泵轴向叶顶间隙泄漏流场结构,提升液环泵水力性能,提出液环泵叶片轴向叶顶凹槽结构设计,以2BEA-203型液环泵为研究对象,采用数值模拟方法分析液环泵叶轮轴向间隙泄漏流动及其与主流的相互干扰作用,对比分析凹槽叶顶与平顶间... 为改善液环泵轴向叶顶间隙泄漏流场结构,提升液环泵水力性能,提出液环泵叶片轴向叶顶凹槽结构设计,以2BEA-203型液环泵为研究对象,采用数值模拟方法分析液环泵叶轮轴向间隙泄漏流动及其与主流的相互干扰作用,对比分析凹槽叶顶与平顶间隙泄漏流动及其性能.分析结果表明,液环泵内流动呈现复杂的三维结构,凹槽型叶顶间隙能够在一定范围内提升液环泵的效率及真空度,在大流量点0.07 kg/s时的吸入真空度相对平顶型叶片提升5.26%,其他各流量点真空度及效率也略有提升;凹槽型间隙除在凹槽内产生凹槽涡及凹槽角涡外,在叶片压力面叶顶处角涡及叶片吸力面后方的泄漏涡结构与叶片平顶型间隙基本相似.轴向叶顶压力面附近角涡及吸力面后方的泄漏涡强度由轮缘到轮毂逐渐增强,凹槽型轴向叶顶能够在一定程度上减弱角涡及泄漏涡量的分布;在气相分布区域,叶顶间隙泄漏涡强度明显高于液相分布区域.由于凹槽的缓冲作用,使得间隙内及叶片吸力面后方的泄漏流速、湍流强度及总压损失均有一定程度的减小,达到提升泵的吸入真空度和效率的目的. 展开更多

关键词 液环泵 轴向叶顶间隙 叶顶凹槽 泄漏流

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涡轮动叶肋条布局的凹槽状叶顶气膜冷却效率和气热性能研究

4

作者 周祚弘 程国强 +3 位作者 许承天 孔祥林 李志刚 李军 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1446-1458,共13页

针对涡轮动叶凹槽状叶顶近压力侧气膜冷却设计的结构,设计了2条全肋条、1条全肋条和1条压力侧尾缘半肋条与1条吸力侧尾缘半肋条的3种凹槽状叶顶肋条布局设计。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和标准k-ω湍... 针对涡轮动叶凹槽状叶顶近压力侧气膜冷却设计的结构,设计了2条全肋条、1条全肋条和1条压力侧尾缘半肋条与1条吸力侧尾缘半肋条的3种凹槽状叶顶肋条布局设计。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和标准k-ω湍流模型研究了肋条布局的凹槽状叶顶气膜冷却效率和气热性能,研究了4种吹风比下2条全肋条布局的凹槽状叶顶的传热冷却性能。在吹风比为1.0时,对比分析了典型凹槽状叶顶和3种肋条布局凹槽状叶顶的气动传热特性和气膜冷却效率。结果表明:数值预测的叶顶传热系数分布与实验测量结果吻合良好,验证了数值方法的可靠性;吹风比1.0时,全肋条凹槽状叶顶具有最高的平均气膜冷却效率;全肋条布局凹槽状叶顶具有最高的平均气膜冷却效率;相比于典型凹槽状叶顶,全肋条布局凹槽状叶顶能够使气膜冷却效率提高2.2%;压力侧半肋条布局的凹槽状叶顶具有最低的平均传热系数和总压损失系数;肋条布局通过调控叶顶涡系与冷气的迁移路径而显著改变了凹槽状叶顶的流场结构,进而影响气热性能和气膜冷却效率;全肋条布局的动叶凹槽状叶顶具有最佳的综合气热性能和气膜冷却效率。 展开更多

关键词 涡轮动叶 凹槽状叶顶 肋条布局 气热性能 气膜冷却效率

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凹槽状叶顶涡轮叶片传热特性的数值研究 被引量：22

5

作者 杜昆 宋立明 李军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期618-623,共6页

采用计算流体动力学软件ANSYS-CFX数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和标准k-ω紊流模型研究了涡轮叶片凹槽状叶顶的传热特性。数值预测的平顶部叶顶的换热系数分布与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。计算... 采用计算流体动力学软件ANSYS-CFX数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和标准k-ω紊流模型研究了涡轮叶片凹槽状叶顶的传热特性。数值预测的平顶部叶顶的换热系数分布与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。计算分析了凹槽深度和肩壁厚度对凹槽状叶顶传热特性的影响,还分析了动叶与机匣相对运动下的凹槽状叶顶无气膜冷却和中弧线布置气膜冷却时的流动换热特性。研究结果表明:在肩壁厚度一定时随着凹槽深度的增加叶顶换热系数降低;在1%叶高的叶顶间隙和2%叶高的凹槽深度及4种肩壁条件下1.0mm肩壁厚度时叶顶换热系数最小。相比于动叶与机匣均静止时,动叶和机匣之间的相对运动能够增强动叶顶部的换热效果;动叶与机匣间的相对运动能够增强前缘处气膜冷却效果,总体来说动叶旋转时的离心力和哥氏力对凹槽状叶顶的气膜冷却效果影响有限。 展开更多

关键词 涡轮叶片 凹槽状叶顶 气膜冷却 传热 数值模拟

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凹槽对动叶顶部流动和换热的影响 被引量：20

6

作者 杨佃亮 丰镇平 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期936-938,共3页

应用数值方法和标准k-ω紊流模型,研究了凹槽对燃气轮机透平动叶顶部间隙内流动与换热的影响,考虑了平顶部及4种不同深度凹槽的影响。结果显示,在凹槽内存在复杂的流动结构,不同凹槽深度时呈现出不同的涡结构.在凹槽深度小于3%相对叶高... 应用数值方法和标准k-ω紊流模型,研究了凹槽对燃气轮机透平动叶顶部间隙内流动与换热的影响,考虑了平顶部及4种不同深度凹槽的影响。结果显示,在凹槽内存在复杂的流动结构,不同凹槽深度时呈现出不同的涡结构.在凹槽深度小于3%相对叶高时,泄漏流动随凹槽深度的增加而减少,而高于3%时泄漏流量则几乎不变。凹槽的存在使得凹槽底部局部区域换热率较平顶部时升高,但总体来说,叶顶平均表面换热率随凹槽深度的增加而降低. 展开更多

关键词 间隙流 顶部换热 轴流透平 凹槽状叶顶

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燃气透平凹槽状叶顶气膜冷却特性研究 被引量：3

7

作者 杜昆 晏鑫 李军 《燃气轮机技术》 2014年第1期27-31,共5页

采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和k-ω紊流模型的方法研究了燃气透平凹槽状叶顶气膜冷却特性。通过比较4种紊流模型的数值结果与GE-E3实验数据,验证了采用标准k-ω紊流模型可以有效地模拟叶顶间隙的流动换热特... 采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和k-ω紊流模型的方法研究了燃气透平凹槽状叶顶气膜冷却特性。通过比较4种紊流模型的数值结果与GE-E3实验数据,验证了采用标准k-ω紊流模型可以有效地模拟叶顶间隙的流动换热特性。计算分析了无气膜冷却时凹槽深度对叶顶间隙流动传热的影响特性。开展了凹槽状叶顶的气膜冷却几何结构参数气膜孔直径、气膜孔间距比、位置和吹风比对叶顶流动传热特性的影响。研究结果表明:无气膜冷却时,在1.5%叶高的叶顶间隙条件下凹槽深度为2%叶高时叶顶平均换热系数最高,凹槽深度继续增加,表面平均换热系数迅速降低。对于凹槽状叶顶气膜冷却特性的研究表明:在气膜孔叶顶中弧线布置方式下,吹风比为1.0时气膜冷却效率最好;在气膜孔叶顶中弧线布置方式和吹风比为1.0时气膜孔直径越大冷却效果越好;在吹风比是1.0时气膜孔布置在靠近吸力面侧时冷却效果最差;在气膜孔叶顶中弧线布置方式和吹风比是1.0时,间距比为5时凹槽状叶顶的气膜冷却效果达到最佳。 展开更多

关键词 燃气透平 凹槽状叶顶 气膜冷却 数值模拟

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凹槽式叶顶流动换热的数值研究 被引量：2

8

作者 何磊 王蛟 +2 位作者 黄启鹤 杜朝辉 竺晓程 《热力透平》 2013年第4期288-293,共6页

针对叶尖间隙高度对凹槽式叶顶流动与换热的影响展开数值研究,评估4种湍流模型在叶顶换热方面的预测能力。结果表明:凹槽肩壁顶部、凹槽腔底部近前缘区域和叶顶尾缘为高换热区,凹槽腔底的中部和尾部区域为低换热区;不同湍流模型对叶尖... 针对叶尖间隙高度对凹槽式叶顶流动与换热的影响展开数值研究,评估4种湍流模型在叶顶换热方面的预测能力。结果表明:凹槽肩壁顶部、凹槽腔底部近前缘区域和叶顶尾缘为高换热区,凹槽腔底的中部和尾部区域为低换热区;不同湍流模型对叶尖间隙泄漏量预测差别很小,但泄漏流流动状态差异很大,这是造成不同湍流模型对叶顶换热预测存在重大差别的原因;在研究的间隙范围内,叶尖间隙泄漏量和叶顶换热强度随间隙高度的增大而增加;在所选的4种湍流模型中,k-ω模型是叶顶换热数值模拟较好的湍流模型选择。 展开更多

关键词 凹槽式叶顶 泄漏流 换热

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凹槽状叶顶气膜孔优化设计与知识挖掘 被引量：12

9

作者 李琛玺 郭振东 +2 位作者 宋立明 李军 丰镇平 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期276-284,共9页

为改善叶顶气膜冷却效果,基于全局优化算法,引入数据挖掘技术,建立了凹槽状叶顶气膜孔优化设计与数据挖掘框架。以叶顶的平均气膜有效度为优化目标和以冷气流量为约束条件,对GE_E3动叶叶顶的气膜孔进行优化设计。优化后叶顶的平均气膜... 为改善叶顶气膜冷却效果,基于全局优化算法,引入数据挖掘技术,建立了凹槽状叶顶气膜孔优化设计与数据挖掘框架。以叶顶的平均气膜有效度为优化目标和以冷气流量为约束条件,对GE_E3动叶叶顶的气膜孔进行优化设计。优化后叶顶的平均气膜有效度提高了3.7倍。流动结构与冷却分析表明,优化后气膜孔的分布得到了改善,孔径的改变使得冷气流量分布更为合理,从而增加了叶顶前缘的气膜覆盖面积,增强了主流对冷气的压制效应,喷射冷气更加贴近壁面,叶顶的平均气膜有效度显著提高。同时通过对设计空间进行知识挖掘,探究设计空间信息,结果表明叶顶前缘气膜孔对叶顶气膜冷却影响显著,增大叶顶前缘气膜孔孔径,将前缘气膜孔向前缘移动,减小中部气膜孔间距,可有效改善叶顶气膜冷却效果。 展开更多

关键词 凹槽状叶顶 气膜冷却 全局优化算法 知识挖掘

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肋条布局对涡轮动叶凹槽状叶顶传热和气动性能的影响研究 被引量：6

10

作者 姜世杰 李志刚 李军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1103-1111,共9页

为提高凹槽状叶顶气热性能,探究肋条布局对凹槽状叶顶间隙腔室内旋涡的调控作用和降低传热系数与气动损失的作用机制,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω湍流模型的方法研究了肋条布局对涡轮动叶凹槽状... 为提高凹槽状叶顶气热性能,探究肋条布局对凹槽状叶顶间隙腔室内旋涡的调控作用和降低传热系数与气动损失的作用机制,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω湍流模型的方法研究了肋条布局对涡轮动叶凹槽状叶顶传热和气动性能的影响。基于GE-E^3涡轮级动叶凹槽状叶顶结构,在叶顶凹槽腔室内沿中弧线等间距设计了全肋条布局、吸力侧半肋条布局、压力侧半肋条结构和凹槽尾缘半肋条结构共4种肋条布局。数值模拟动叶叶顶传热系数分布与实验数据对比,验证了所采用的数值方法和湍流模型的有效性。结果表明:凹槽尾缘半肋条布局的叶顶平均传热系数比凹槽状叶顶结构、全肋条布局、吸力侧半肋条和压力侧半肋条布局分别低了11.3%,3.1%,11.3%和2.8%;压力侧半肋条布局与凹槽尾缘半肋条布局的动叶出口截面总压损失系数相近,比凹槽状叶顶结构、全肋条布局和吸力侧半肋条布局分别减小了1.4%,2.7%和4.0%。肋条布局能够有效降低凹槽状叶顶间隙腔室内的旋涡强度,减少叶片的气动损失;同时上游凹槽腔室强度较弱的旋涡通过凹槽尾缘半肋条布局进入下游凹槽腔室,降低了尾缘区域的传热系数。凹槽尾缘半肋条布局的动叶叶顶具有最佳的气热性能。 展开更多

关键词 涡轮动叶 凹槽状叶顶 肋条布局 传热特性 气动性能 数值模拟

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涡轮动叶凹槽状叶顶传热特性和气动性能的不确定性量化研究 被引量：4

11

作者 黄明 李志刚 +1 位作者 李军 宋立明 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期225-237,共13页

第一级动叶叶顶是影响燃气涡轮气动性能和换热性能的关键区域。然而在叶顶的几何参数和运行环境往往存在着许多不确定性,这使得涡轮叶顶的实际气热性能明显偏离设计值。本文基于非嵌入式多项式混沌展开方法,结合Smolyak稀疏网格技术与So... 第一级动叶叶顶是影响燃气涡轮气动性能和换热性能的关键区域。然而在叶顶的几何参数和运行环境往往存在着许多不确定性,这使得涡轮叶顶的实际气热性能明显偏离设计值。本文基于非嵌入式多项式混沌展开方法,结合Smolyak稀疏网格技术与Sobol Indic方法构建了涡轮动叶凹槽状叶顶传热特性和气动性能不确定性量化分析系统。研究并量化了叶顶间隙和主流进口总温与气膜冷却吹风比不确定性对涡轮动叶凹槽状叶顶气热特性的影响。不确定性分析结果表明:在考虑叶顶间隙与主流进口总温和吹风比不确定性的情况下,叶顶换热量Q_(Tip)基本符合正态分布。Q_(Tip)的统计均值相对于设计值增加13.56%,并且其偏离设计值10%的概率高达65.68%。相比叶顶尾缘区域,叶顶前缘部分的换热量对不确定性输入更加敏感。前缘区域的叶片壁面换热量Q_(Blade)的不确定性明显大于尾缘部分。在叶顶间隙与主流进口总温和吹风比不确定性的影响下,0~80%轴向弦长区域内叶顶总压损失系数存在微小偏差,但在80%轴向弦长以后区域总压损失系数的不确定性偏差会达到约50%。敏感度分析的结果表明,主流进口总温是叶片换热性能不确定性的主导变量,其对Q_(Tip)与Q_(Blade)不确定性的贡献分别为93.87%和98.32%。叶顶气动性能的不确定性则完全由叶顶间隙控制,其对叶顶总压损失系数不确定性的方差占比高达86.44%。与主效应相比,本文所研究的三个变量间的二阶交互效应对叶顶气热性能的影响几乎可以忽略不计。 展开更多

关键词 涡轮动叶凹槽状叶顶 气膜冷却 传热特性 气动性能 不确定性量化

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动叶凹槽状叶顶气膜冷却有效度和气动性能不确定性量化研究 被引量：4

12

作者 黄明 李军 +1 位作者 李志刚 宋立明 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期181-192,共12页

结合非嵌入式多项式混沌展开方法、稀疏网格技术、Sobol Indic敏感度分析方法以及RANS方程求解方法,提出了涡轮动叶凹槽状叶顶气热性能不确定性量化分析方法,数值模拟与实验数据吻合一致验证了本文方法预测凹槽状叶顶气热性能的有效性... 结合非嵌入式多项式混沌展开方法、稀疏网格技术、Sobol Indic敏感度分析方法以及RANS方程求解方法,提出了涡轮动叶凹槽状叶顶气热性能不确定性量化分析方法,数值模拟与实验数据吻合一致验证了本文方法预测凹槽状叶顶气热性能的有效性。在量化几何参数叶顶间隙和运行参数主流进口总温以及吹风比的不确定性的基础上,对GE-E 3动叶叶顶的气动以及换热性能进行不确定性量化,详细分析了不确定性输入量对平均气膜冷却有效度、间隙泄漏量以及下游总压损失系数的影响,并且通过Sobol Indic方法对各不确定性变量对叶顶气热性能不确定性的贡献进行量化研究。不确定性分析的结果表明:叶顶前缘区域的泄漏量对不确定性输入不敏感,但是尾缘区域泄漏量的不确定性偏差可达到25%;下游总压损失系数总体受不确定性波动的影响较小;在几何及工况不确定性的影响下,叶顶气膜冷却有效度的统计均值相比于设计值下降29.52%,并且其偏离设计值10%的概率高达91.83%。敏感度分析的结果表明:叶顶间隙的偏差是叶顶气动性能不确定性的主导变量,叶顶间隙偏差对泄漏量以及下游总压损失系数的方差占比分别达88.02%与85.31%;在叶顶传热特性的不确定性方面,3个研究变量对气膜冷却有效度不确定性的贡献均不可忽略。本文研究的3个变量中,叶顶间隙对凹槽状叶顶气动和气膜冷却有效度的综合影响最大,所以在叶片的加工装配过程中需要保证叶顶间隙的精度。 展开更多

关键词 动叶凹槽状叶顶 气动性能 气膜冷却有效度 多项式混沌 不确定性量化

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考虑气膜冷却脉动特性的涡轮动叶凹槽状叶顶气动和冷却性能研究 被引量：3

13

作者 许承天 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期127-140,共14页

为了深入研究压气机抽取的脉动冷气影响燃气涡轮动叶凹槽状叶顶的流动与冷却特性,采用数值求解三维非稳态雷诺时均N-S方程和标准k-ω湍流模型的方法,研究了考虑气膜冷却脉动特性的涡轮动叶凹槽状叶顶的气动和冷却性能。采用正弦函数描... 为了深入研究压气机抽取的脉动冷气影响燃气涡轮动叶凹槽状叶顶的流动与冷却特性,采用数值求解三维非稳态雷诺时均N-S方程和标准k-ω湍流模型的方法,研究了考虑气膜冷却脉动特性的涡轮动叶凹槽状叶顶的气动和冷却性能。采用正弦函数描述动叶凹槽状叶顶中弧线等间距布置气膜冷却孔的冷气脉动特性,对比研究了3种脉动振幅和5种脉动频率的动叶凹槽状叶顶气膜冷却有效度和总压损失系数。研究结果表明:在一个脉动周期内,不同瞬时冷气的穿透能力和附着能力差异显著。气膜冷却冷气吹风比小幅值脉动时,脉动频率的提高改变了叶顶气膜冷却有效度变化曲线的相位,但对整体的冷却效果基本没有影响;冷气吹风比大幅值脉动时,脉动频率的增大略微提高了叶顶冷却性能,并且当脉动频率增大至最大值2000 Hz时,受到延迟反馈效应的影响,脉动周期内气膜冷却有效度的最低值相比250 Hz时提高约50%。高温主流在冷气吹风比大幅值脉动时周期性入侵冷气管路,对叶顶中间弦长和尾缘处的气膜孔结构造成破环。气膜冷却冷气吹风比低频脉动时,动叶平均总压损失系数以正弦函数规律变化,不同瞬时的总压损失系数差异随冷气吹风比脉动幅值的增大而扩大,同时当脉动频率增加时,不同瞬时之间的总压损失系数差异逐渐缩小。研究工作可为考虑气膜冷却脉动特性影响下动叶叶顶的气热性能分析提供参考。 展开更多

关键词 涡轮动叶 凹槽状叶顶 气膜冷却 脉动特性 冷却性能

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凹槽状小翼对涡轮动叶叶顶气动和传热性能的影响 被引量：3

14

作者 姜世杰 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期7-14,41,共9页

针对叶顶间隙的高速泄漏流及复杂的流动问题,采用数值求解三维RANS方程和k-ω湍流模型方法,研究了凹槽状小翼结构对涡轮级动叶叶顶传热特性和气动性能的影响。数值获得的叶顶表面传热系数分布和实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠... 针对叶顶间隙的高速泄漏流及复杂的流动问题,采用数值求解三维RANS方程和k-ω湍流模型方法,研究了凹槽状小翼结构对涡轮级动叶叶顶传热特性和气动性能的影响。数值获得的叶顶表面传热系数分布和实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。对比分析了叶顶压力侧、叶顶吸力侧和叶顶两侧凹槽状小翼结构与无小翼凹槽状叶顶的气动传热性能,研究结果表明,相比于无小翼凹槽状叶顶结构:叶顶压力侧、吸力侧和两侧凹槽状小翼结构的叶顶表面平均传热系数分别降低了12.2%、17.1%和19.8%,叶顶两侧凹槽状小翼结构最大程度降低了凹槽状叶顶间隙的泄漏流量,减弱了压力侧角涡和刮削涡,进而降低了凹槽状叶顶的传热系数;压力侧、吸力侧和两侧凹槽状小翼结构的动叶总压损失系数分别增加了8.5%、降低了8.5%和降低了2.5%。吸力侧凹槽状小翼结构能有效降低凹槽状叶顶的传热系数,并且减少气动损失,具有最佳的气热性能。 展开更多

关键词 涡轮动叶 凹槽状叶顶 凹槽状小翼结构 气动性能 数值模拟

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涡轮动叶部分吸力侧肩壁凹槽状叶顶气热和冷却性能研究 被引量：3

15

作者 许承天 李志刚 李军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期93-103,共11页

为了获取高性能的燃气涡轮动叶叶顶结构和气膜冷却布局,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程和标准k-ω湍流模型的方法研究了涡轮动叶部分吸力侧肩壁的凹槽状叶顶气热和冷却性能。数值模拟得到的动叶平叶顶传... 为了获取高性能的燃气涡轮动叶叶顶结构和气膜冷却布局,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程和标准k-ω湍流模型的方法研究了涡轮动叶部分吸力侧肩壁的凹槽状叶顶气热和冷却性能。数值模拟得到的动叶平叶顶传热系数与实验数据吻合良好,验证了数值方法的准确性。对比0.95吹风比时动叶凹槽状叶顶沿中弧线和近压力侧布置的2种气膜冷却布局的叶顶泄漏流动形态、传热系数和气膜冷却有效度,指出近压力侧的气膜冷却布局B的总压损失大于沿中弧线的气膜冷却布局A;但近压力侧的气膜冷却布局B具有更好的冷却效果。基于近压力侧气膜冷却布局的凹槽状叶顶结构,通过切除尾缘处不同轴向长度的吸力侧肩壁,设计了5种不同的部分吸力侧肩壁的叶顶结构。结果表明:切除10%吸力侧肩壁的Case 7能有效降低总压损失,平均总压损失系数相比完整肩壁的Case 2降低了6.3%;叶顶净热流密度减少和传热系数分布与Case 2基本相同,尾缘处的冷却效率因冷气受到压制附着于叶顶而提高。 展开更多

关键词 涡轮动叶 凹槽状叶顶 吸力侧肩壁 气热性能 气膜冷却

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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

16

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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燃气轮机涡轮动叶顶部气动与传热特性的数值研究 被引量：4

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作者 张玲 董宇航 李婷婷 《燃气涡轮试验与研究》 北大核心 2017年第6期12-18,42,共8页

应用SSTκ-ω湍流模型并结合SIMPLEC算法,对燃气轮机涡轮动叶叶顶间隙及通道冷却流场进行数值模拟。通过在叶顶靠近吸力面侧、压力面侧以及中弧线位置处设置冷却孔排,研究不同孔排布置对叶顶气动性能及气膜冷却效果的影响。结果表明:冷... 应用SSTκ-ω湍流模型并结合SIMPLEC算法,对燃气轮机涡轮动叶叶顶间隙及通道冷却流场进行数值模拟。通过在叶顶靠近吸力面侧、压力面侧以及中弧线位置处设置冷却孔排,研究不同孔排布置对叶顶气动性能及气膜冷却效果的影响。结果表明:冷却喷气有效削弱了叶顶间隙泄漏损失,降低了泄漏涡对叶栅出口截面气动损失的影响;在肩壁的作用下泄漏流形成了分离涡,涡流的移动强化了叶顶的传热和冷却效果,增强了壁面与泄漏流之间的对流换热,同时在靠近上端壁和沿着流道轴向方向形成均匀的压力梯度;叶顶孔排有效地组织了二次流并减小了叶顶表面的温度梯度和叶栅通道下游的气动损失,但对整个叶栅通道气动性能的改变影响较小。 展开更多

关键词 燃气轮机 压力损失系数 气动性能 叶顶凹槽 泄漏损失 气膜冷却

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涡轮动叶气膜冷却结构的凹槽状叶顶气热性能不确定性量化

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作者 黄明 张垲垣 +1 位作者 李志刚 李军 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第19期94-106,共13页

提出了基于遗传算法加速策略的高效燃气涡轮叶片气热性能不确定性分析系统,此外还发展了一种叶顶气热特性不确定性量数据分析算法。所提出的系统和算法被用于考虑工况波动和几何参数偏差的含气膜冷却结构凹槽状叶顶的气热性能不确定性... 提出了基于遗传算法加速策略的高效燃气涡轮叶片气热性能不确定性分析系统,此外还发展了一种叶顶气热特性不确定性量数据分析算法。所提出的系统和算法被用于考虑工况波动和几何参数偏差的含气膜冷却结构凹槽状叶顶的气热性能不确定性量化研究。结果表明冷气的注入将显著增强第一级动叶的下游流场的非稳定倾向。在燃气轮机的实际运行中,设计阶段预测能够被冷气充分覆盖的区域的气膜冷却有效度将大大低于确定性计算所得到的数值。在不确定性输入的影响下,凹槽状叶顶的气膜冷却有效度满足高斯分布,其统计平均值相比设计值减少了20.06%,偏离设计值10%的概率高达81.84%。敏感分析的结果表明影响下游总压损失系数波动的主导参数是叶顶间隙偏差,方差指数高达87.21%,而进口总温波动是影响气膜冷却有效度不确定性的核心参数,方差指数为84.01%。 展开更多

关键词 涡轮动叶 凹槽状叶顶 气膜冷却 不确定性量化 敏感性分析

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基于“喷射效应”的高压涡轮叶顶主动冷却机理研究

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作者 张筠松 刘永葆 +1 位作者 李钰洁 贺星 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2021年第1期71-77,共7页

为了研究气膜孔"喷射效应"对燃气轮机涡轮凹槽状叶顶传热特性的影响,基于实验模型,通过数值计算研究分析了典型吹风比、不同进气角等多种工况下凹槽内冷却气流的叶顶喷气冷却机理。研究结果表明:进气角产生的叶顶"喷射效... 为了研究气膜孔"喷射效应"对燃气轮机涡轮凹槽状叶顶传热特性的影响,基于实验模型,通过数值计算研究分析了典型吹风比、不同进气角等多种工况下凹槽内冷却气流的叶顶喷气冷却机理。研究结果表明:进气角产生的叶顶"喷射效应"改变了气膜孔出口处的速度场与流动结构;吹风比M=1.5,进气角β<0°时,进入凹槽肋角区冷气量增多,有效改善了局部壁面的换热,但同时增加了间隙入口处泄漏流的速度与湍动能强度;随着吹风比的增加,进气角对壁面传热Nu数有较大的影响,冷却气体降低了整体Nu值以及底部壁面的Nu峰值,有效改善了换热性能。 展开更多

关键词 叶顶凹槽 气膜冷却 喷射效应 努塞尔系数 进气角

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变工况下轴向非均匀凹槽叶顶的实验研究 被引量：4

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作者 孟庆鹤 陈绍文 +1 位作者 李伟航 王松涛 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2398-2403,共6页

本文通过低速平面叶栅风洞实验的方法,将轴向非均匀间隙与叶顶凹槽进行结合,分析了其在不同工况下的性能及流场结构。结果表明:非均匀间隙适用于凹槽叶顶,在各个方案中均能显著降低能量损失系数(最高8.9%),并提高通流流量(最高1.53%);... 本文通过低速平面叶栅风洞实验的方法,将轴向非均匀间隙与叶顶凹槽进行结合,分析了其在不同工况下的性能及流场结构。结果表明:非均匀间隙适用于凹槽叶顶,在各个方案中均能显著降低能量损失系数(最高8.9%),并提高通流流量(最高1.53%);攻角的增大导致端壁处泄漏涡低压区增大,并延迟了泄漏涡抬离壁面,继而在下游引发了高损失区的扩大;轴向非均匀间隙下出口气流欠偏转现象更加明显,而正攻角条件下的欠偏转现象有所减轻。 展开更多

关键词 涡轮平面叶栅 叶顶凹槽 轴向非均匀间隙 实验研究

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