针对SNECMA公司的跨声速实验涡轮装置,建立了单流道无冠叶栅三维CFD计算模型,通过求解定常RANS方程,研究了4种叶顶区域结构(平板叶顶-标准机匣、凹槽叶顶-标准机匣、平板叶顶-台阶机匣和凹槽叶顶-台阶机匣)下,叶顶泄漏流及其与主流的掺混效应对涡轮气动性能和叶顶间隙激振力的影响。结果表明:叶顶间隙较大时,凹槽叶顶-标准机匣结构的等熵效率最大,采用台阶机匣结构会使等熵效率下降;叶片切向力随叶顶间隙的增加先增大后减小,其中平板叶顶-标准机匣结构的叶片切向力最大且变化相对平稳;叶顶泄漏流对99%叶高、约67%轴向弦长处吸力面的静压分布有显著影响,叶顶间隙增加会使该区域静压下降,导致叶片切向力增大;平板叶顶-标准机匣结构的穿越间隙较大,力敏感度系数较小,促进转子稳定运动的叶顶间隙区间较大,有利于转子的稳定运行。文中还分析...

针对450MWe超临界二氧化碳(SCO2)压气机设计的轴端螺旋槽干气密封结构,采用数值求解三维雷诺时均Navier-Stokes(RANS)和SST湍流模型的方法研究了螺旋槽深度和角度对其性能的影响。基于与实验测量的空气介质的螺旋槽干气密封性能实验数据的对比,验证了数值方法的准确性。计算了5种螺旋槽深度和4种螺旋角下SCO2螺旋槽干气密封的泄漏量、开启力和开漏比。结果表明螺旋槽深度的增加会显著提升干气密封螺旋槽根部的最高压力和高压力区域,进而导致具有更高的开启力,同时增加了泄漏量。螺旋角为20°时,螺旋槽深度从3μm增加至7μm,开启力最大增加9.07%;螺旋角为25°时,泄漏量最大增加18.67%;螺旋角为15°时,螺旋槽深度是3μm的干气密封具有最大的开漏比,此时干气密封在各螺旋槽深度下具有最好的综合性能。研究工作可为SCO2螺旋槽干气密封性能分析提供参考。

针对超临界二氧化碳(SCO2)旋转机械面临的严重泄漏、气流激振引发转子失稳等问题,以美国通用电气公司10MWe SCO2循环中高压涡轮的轴端密封为研究对象,设计了螺旋角15°和30°的螺旋槽、T型槽和ST型槽的四种槽型结构的干气密封。采用基于动网格技术和非定常CFD数值方法的微尺度摄动模型,研究了在实验边界条件下干气密封的稳态性能及在轴向简谐微扰动下SCO2涡轮轴端干气密封的非稳态动力学特性。对比分析了3种动压槽深度、2种动压槽角度下的干气密封泄漏量、静态气膜刚度、动态气膜刚度和阻尼系数。研究表明:四种槽型均满足泄漏流量的设计要求。随着动压槽深度的增加,干气密封开启力与泄漏流量均增大。ST型槽干气密封有着较大的气膜刚度和刚漏比,同时其在面对轴向微尺度摄动时最为稳定,是综合性能最优秀的干气密封结构。