以汉诺威大学某型四级轴流涡轮为研究对象,通过CFD数值模拟,验证了数值计算在轴流涡轮机气动性能计算上的实用性,分析了涡轮效率、膨胀比等数据,并得到不同涡轮级动叶叶顶间隙下动叶出口熵增,气流角的变化以及流场结构模型。

为了研究涡轮叶顶间隙泄漏流动有效控制的方式,本文将肋条小翼结构这种被动流动控制技术应用于涡轮级动叶叶顶中,以控制跨声速涡轮级叶顶间隙泄漏流动并改善其气动性能。通过数值模拟方法,分析了采用平顶方案、肋条方案和小翼肋条方案的涡轮级气动性能和叶顶间隙流动特性,研究了变间隙条件下小翼肋条方案对间隙泄漏流的控制效果,深入探讨小翼最大偏置距离和外倾角对小翼控制效果的影响。结果表明所采用的肋条小翼结构能够有效地控制叶顶间隙泄漏流动并提高涡轮级的效率;在间隙高度为1mm时,涡轮级效率的提升达到0.51%,叶顶间隙泄漏流率下降48.6%;此外,随着小翼外倾角的增加,涡轮级效率逐渐增加并存在一个最佳的向外偏置距离为1.2mm。

为了获取叶尖间隙对涡轮性能的影响规律,通过对某型发动机高压涡轮第1、2级叶尖间隙的主动调控,进行叶尖间隙对涡轮性能影响的试验研究。采用精密传感器对叶尖间隙进行测量,通过试验得到不同叶尖间隙下涡轮效率、换算流量、换算功以及出口流场的变化数据。结果表明:第1、2级叶尖间隙每增大1%,涡轮效率约降低0.58%~0.69%;存在1个叶尖间隙变化对涡轮效率影响较明显的敏感区;叶尖间隙变化对叶尖出口流场有明显影响。