免费论文：轮毂封严气体对高压涡轮内部流动影响的数值研究

众所周知，提高涡轮前温度可以有效的提高航空涡轮发动机的性能。目前燃烧室出口温度已经超过了2100K，而涡轮叶片的材料所能承受的温度极限小于1300K，必须采用冷却措施才能承受2100K的高温。然而使用冷却会产生很多负面的影响：冷气进入主流通道与主流气体混合会降低燃气的温度，使得燃气的做功能力下降；冷气与附面层的相互作用会对涡轮流场产生影响；会带来结构复杂和重量上升等。因此，冷气对涡轮的影响已经成为了一个涡轮设计者必须着重考虑的问题。本文针对涡轮冷气的一个部分――轮毂封严气体开展了研究，利用数值模拟手段详细考察了轮毂封严气体的不同流动特征对涡轮主流性能和流动结构的影响，得出了一些有重要参考意义的结论。本文首先进行了轮毂封严气体喷射角度变化对主流影响的研究。考虑了喷射角度分为20度、30度、45度、60度和90度五种情况，以及两种冷气流量1.6%和7.5%情况。结果表明，在1.6%冷气流量下，由于冷气射流比很小，喷射角度的变化并不能给主流带来显著的影响，在7.5%冷气量下，射流比较大，涡轮的效率随着喷射角度的增大而减小。然后本文完成了轮毂封严气体对主流影响的非定常计算和分析，研究了1.6%冷气量和无冷气状态下封严气体与主流、封严气体与静子尾迹的相互作用，结果表明：由于通道涡的作用，封严气体在进入主流后沿靠近动叶吸力面一侧向下游输运，输运过程中其核心区不断沿径向向叶顶方向迁移。并且，冷气的喷射减弱了主流的非定常效应，减弱了尾迹对下游转子的相互作用。冷气本身在非定常作用下成周期性变化。最后，考察了轮毂封严气体温度变化对主流的影响。结果表明改变冷气总温，只影响涡轮主流的总温分布，出口总温随着冷气总温的减小而减小。但对涡轮的总效率影响不大，对流动结构影响也非常小。

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