發布時間：2020-04-18所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要】為了研究某型壓氣機葉頂間隙對氣動性能的影響，對該壓氣機的第7、8級開展了三維數值計算，考察了不同的葉頂間隙下壓氣機氣動性能的變化規律。結果表明，當間隙增大時，端區泄漏流動增強，導致端區通流能力下降，葉柵中部的通流能力隨之增強.各級壓氣機
摘要】為了研究某型壓氣機葉頂間隙對氣動性能的影響，對該壓氣機的第7、8級開展了三維數值計算，考察了不同的葉頂間隙下壓氣機氣動性能的變化規律。結果表明，當間隙增大時，端區泄漏流動增強，導致端區通流能力下降，葉柵中部的通流能力隨之增強.各級壓氣機的壓比減小，效率降低。
【關鍵詞】壓氣機;葉頂間隙;數值模擬;氣動性能
0.引言
葉頂間隙流動對壓氣機的氣動性能影響重大_ll國內外學者針對葉頂間隙對壓氣機總體性能及間隙流動的特性與機理開展了深入研究，提出了許多損失模型.獲得了比較滿意的結果[3I。國外的學者Jefferson和Wellborn通過實驗結合數值模擬.細致研究了葉頂間隙對低速多級軸流壓氣機整體性能的影響.結果表明在多級低速軸流壓氣機中，頂部間隙與葉高之比每增加1%.效率下降約1%。
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本文對某型壓氣機的第7.8級進行建模.通過三維CFD數值計算研究壓氣機葉片頂部間隙的變化對壓氣機整體氣動性能的影響規律。
1.計算模型與數值方法
本文選取某型燃氣輪機壓氣機的第7級和第8級為研究對象.圖1為計算用的兩級壓氣機模型與網格
所有計算均基于商業軟件Numeca進行.網格劃分采用Numeca的Auto—Grid模塊，網格拓撲為HOH形式，網格總數為650萬。壁面網格進行了局部加密，確保y+值小于3。求解器為Numeca的Fine/Turbo模塊，湍流模型采用sA模型，差分格式選用具有二階精度的TVD迎風格式，并采用多重網格法加速收斂。所有的計算按壓氣機設計工況給定邊界條件，進口給定總溫、總壓和氣流角，出I：1給定背壓。
2.結果分析
2.1葉頂間隙對壓氣機整級效率和壓比的影響
表1所示的是設計點附近效率和壓比隨間隙的變化規律從表中可以發現，隨著葉頂間隙的增大.兩級壓氣機和各級壓氣機的壓比和效率都有所減小
2、3可以明顯的看出動葉頂部間隙大小的變化并沒有造成動葉的效率沿葉片展向的分布發生很大的變化.間隙變化前后具有相同的分布規律。但是在動葉上端壁處由于動葉頂部間隙增大而造成了間隙內的泄漏流動增強.進而引起動葉近上端壁處的效率減小。在R07的95%以上的葉高范圍內.間隙增大造成的效率減小較為明顯.最大減小了3-4個百分點：而R08的上端壁，由于間隙增大造成的效率減小也很明顯。最大約減小1—2個百分點
2.2葉頂間隙對葉柵出口軸向速度的影響
圖4給出了各列葉柵出I=1軸向速度沿葉高分布。從圖中可以明顯的發現葉片的徑向間隙加大后在各列葉柵主流區的軸向速度都有所增大，而上下端壁的軸向速度減小。造成這種變化的主要原因是徑向間隙的增加導致了間隙內泄漏流動的增強.泄漏渦強度增大.進而導致端區的通流能力減弱。又因為各級的流量相同，整個葉高范圍內的總通流能力相同.端區的通流能力減弱必然造成主流區的通流能力的增強。
雖然軸向速度在總體的趨勢上存在上述的變化規律.但是間隙增大帶來的各列葉柵上軸向速度分布的具體變化還有一定的區別在R07和R08上可以很明顯的看出上述的變化規律.由于動葉頂部間隙泄漏渦的強度增大導致了頂部通流能力減弱.主流區通流能力增強但是R07下端壁通流能力基本不變.而R08的下端壁通流能力明顯增強了這主要是因為前一級靜葉S07近下端壁處間隙泄漏流動造成的。在第一級靜葉S07上，由于靜葉葉根泄漏渦強度的增加.下端壁的通流能力減弱.主流區的通流能力增強，由于該級動葉葉頂間隙的影響緊靠上端壁處的通流能力有所增加。在第二級靜葉S08上，由于前面各列葉柵間隙流動沿展向的影響范圍增大和該列葉柵下端壁處的間隙泄漏流動增強，這兩個因素共同作用使得在整個葉高上間隙變化造成的通流能力變化不大。
2.3葉頂間隙對葉柵三維流場的影響
圖5和圖6分別為各列葉柵在兩個不同間隙下的吸力面極限流線從圖中可以看出。R07和R08角區分離沒有明顯變化，S07和S08的角區分離范圍隨著間隙增加而增加。造成這種結果的主要原因是由于動葉葉頂間隙增加導致了泄漏流動和泄漏渦的增強，這一擾動傳遞到下游靜葉端區.由于粘性及非定常效應.加劇了靜葉端壁的二次流動.使得靜葉角區的分離范圍隨之增加。
3.結論
本文以某型壓氣機的第7級和第8級為研究對象.通過數值計算分析了葉頂間隙的變化對壓氣機氣動性能的影響規律結果表明.當葉頂間隙增大時，葉柵頂部泄漏流動增強，導致端區通流能力下降.角區分離范圍隨之增加.同時葉柵中部的通流能力增強.改變了壓氣機的匹配原則，并導致各級壓氣機的壓比減小，效率降低。
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