燃气入侵的数值计算研究

admin · 发表于 2022-9-11 13:26:41

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摘要航空发动机中通常使用过量的冷气来阻止主流燃气进入涡轮盘腔结构的转静腔中，即燃气入侵现象，但这样会造成发动机整机效率降低，油耗增加。针对这一技术背景，本文研究了涡轮叶与静叶干涉对燃气入侵的影响机理，入侵燃气在腔内与冷气掺混机理。为了对燃气入侵机理进行探索，本文采用数值模拟研究了叶栅流场及盘腔内流进行研究，对其进行了较为系统的分析，在此基础上进一步探索盘腔冷却气体的流动及密封特性。在无封严气体条件下，通过封严处速度矢量和盘腔流线得知燃气入侵的方式。因为外流流场的不对称性造成封严面上压力分布不均，在封严口处有燃气入侵和气体流出的现象。涡轮盘腔转动时会造成腔内压力梯度，加剧燃气入侵效果，并随着转速的提高，燃气入侵现象更为明显，在盘腔内入侵范围更大。通过稳态和非稳态的计算结果对叶栅区流场的研究，研究动静叶干涉的其它流动特点，静叶尾迹与动叶的相互作用对燃气入侵的影响。由三种CFD可视化定量的方式确定模型在不同转速下的最小封严流量，分别是通过封严表面径向速度或封严表面质量流量，封严面上及盘腔横截面上温度分布，示踪气体在封严面浓度确定。本文还研究非稳态和稳态计算方式和计算结果的差异过程，非稳态结果基本在涡轮叶片的旋转周期内有规律波动，也发现有测不准的自身波动周期，这对最小封严流量的确定带来困难。关键词：燃气入侵非稳态数值模拟

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