免费论文：涡轮轮毂封严系统冷气出流与主流相互作用实验研究

高压涡轮轮毂封严气体是从涡轮盘腔通过导向器与转子间轴向间隙向主流喷出的一股冷却气体，其作用是防止涡轮通道中高温燃气流入涡轮盘腔引起涡轮盘过热和变形以及冷却涡轮盘及转子根部。为了实现更高的效率以及功率输出，现代高压涡轮的进口温度不断地提高，这给冷却带来了更高的要求。设计人员必须考虑的问题是如何在使用冷气实现冷却作用的同时保证冷气带来的负面作用最小。本文研究的目的是获得高压涡轮轮毂封严冷却气体的喷射参数和几何参数对涡轮叶栅性能及端区流动结构的影响规律，采用了平面叶栅实验和数值模拟结合的方法完成了以下研究工作。首先在平面叶栅实验台上完成了不同冷气量(0%、0.7%、1%、1.8%)与不同冷气喷入角度（与轴向成45°、60°、90°）共十种组合冷气条件下的涡轮流动测量，根据测量数据分析了冷气流量和冷气入射角度变化对叶栅出口流场结构、叶栅通道内流场结构和端区流动分布的影响。实验结果表明：（1）冷气集中作用在叶根到50%叶高之间，通过影响端壁附面层的厚度、涡量和进口边界层，进而明显改变叶栅出口和通道内流动，主要体现在：二次流损失增加、总压损失增大、低总压区域向叶中截面发展、出口速度分布变化。（2）冷气量和喷入角的改变都会对叶栅性能及通道内流场带来显著影响。由于冷气的效果主要是通过对通道涡产生影响进而沿径向传递，因此冷气量的增加而使受影响区域沿径向扩展；同时冷气喷入角度增加导致其引入的动能增加也会使受影响范围增大。（3）涡轮叶栅由于轮毂封严冷气的影响而使气动性能下降，在冷气量0.7%—1.8%条件下，0.7%冷气沿45°喷入对主流影响最小，涡轮叶栅气动性能最优。然后，利用数值模拟方法对实验涡轮叶栅内部流动进行了模拟。完成了和实验工况一致的十种情况下的计算，分析了端区流动结构特别是二次流的发展和演化，以及在出口截面上流场及性能同实验结果的对照分析。结果表明在主要流动特性方面，计算值和实验值吻合得较好。

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