燃气透平轮缘密封流动特性和气动性能

赵欣悦; 雷隆; 李志刚; 李军

西安交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (5) : 111 -123.

燃气透平轮缘密封流动特性和气动性能

赵欣悦, 雷隆, 李志刚, 李军

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摘要

轮缘密封是二次空气系统的重要组成部分，能有效抑制燃气入侵盘腔，但过量的封严冷气进入主流会显著影响透平气动性能。采用数值求解三维非定常雷诺时均纳维斯托克斯(URANS)方程组和剪切应力传输(SST)k-ω湍流模型的方法研究了燃气透平轮缘密封流动特性和气动性能。数值模拟得到的轮缘密封封严效率与实验数据吻合良好，验证了数值计算方法的可靠性。研究了3种封严冷气量下的透平轮缘密封的封严效率和气动性能，分析了透平静动盘腔的流场结构和燃气入侵与冷气出流特性。仿真结果表明：在所研究的3种封严冷气流量下，轮缘密封内腔完全封严，较小的封严冷气流量能使末级透平轮缘密封达到较高封严效率；在最小冷气流量时外腔动盘面平均封严效率比静盘面高4.4%。对于末级透平，主流周向压力不均匀分布导致的外环诱导入侵占主导，且动叶前缘附近压力场对燃气入侵的影响大于静叶尾迹压力场。封严冷气质量流量比每增大1.0%,透平级总总效率降低约1.0%,相对动盘壁面封严效率的影响，封严冷气流量对动叶气动性能的影响更大；出流冷气的流动方向相对主流在切向上滞后，使掺混气流以负攻角冲击动叶吸力面前缘，吸力面前缘压力增大。该工作可为轮缘密封流动特性及其对透平级气动性能影响的研究提供参考。