环形电极等离子体激励控制透平叶顶间隙泄漏流动研究

摘要

为探究等离子体激励对叶顶泄漏流动的影响，基于非对称阻挡介质放电等离子体激励的数值模型，提出了环形电极的阻挡介质放电等离子体激励模型。将等离子体激励产生的体积力耦合至雷诺平均Navier-Stokes (RANS)方程组的动量方程中，数值研究了3种等离子体激励电压(9、13、17 kV)和3种激励频率(8、10、12 kHz)的透平叶顶泄漏流动特征。结果表明：环形电极等离子体激励显著改变了叶顶间隙的压力分布，在叶顶间隙内部和叶顶的两侧诱导形成大尺寸涡系结构，阻碍压力侧的主流进入叶顶间隙，有效抑制了动叶叶顶泄漏流动；在激励频率一定时，随着激励电压的增加，叶顶泄漏流动引起的总压损失减弱，但过高的激励电压会造成额外的诱导涡损失；激励电压保持不变，激励频率的增大对叶顶间隙的高压区域无明显影响，而叶顶两侧的诱导涡得到增强并挤压相邻的通道涡，叶栅通道120%轴向弦长处截面的总压损失进一步降低，13 kV激励电压、12 kHz激励频率工况具有最低的总压损失系数，相比无等离子体激励降低了16.12%。研究阐明了等离子体激励电压与激励频率对透平叶顶区域流场以及叶栅气动性能的影响规律。

关键词

透平动叶 / 等离子体激励 / 叶顶泄漏流 / 气动性能

基金资助

国家科技重大专项资助项目(J2019-Ⅱ-0011-0031); 国家自然科学基金资助项目(51936008)