涡轮叶尖间隙损失模型的分析研究

　　叶尖间隙泄漏流动是涡轮转子流动中最具普遍和最具影响的流动过程之一。伴随着漩涡运动的叶尖泄漏流动对涡轮性能产生不利的影响，包括：泄漏流动以及产生的漩涡对通道流动造成的堵塞、造成下游流动非定常性(在相对坐标系内)、造成复杂的叶片热传递、产生的二次流造成的气动热力损失等。

　1　涡轮叶尖间隙损失模型分析

　　1.1

　　损失模型综述

　　对于涡轮叶尖间隙流动损失的估计，最广泛的也是最可取的方法是采用预测总压损失和能量损失的模型，因为这类模型使用的流动参数可以直接测量得到，而且这种模型本质上与流动物理现象直接关联。以总压(能量)损失系数预测为目的的涡轮叶尖间隙泄露损失的模型可以分为两大类，一类是间接基于动量平衡;一类是直接基于能量考虑。

　　到目前为止，已经发展了多种航空燃气涡轮叶尖间隙流动损失的计算模型。在本文中，将选用了五种有代表性的涡轮间隙损失模型作为分析研究对象，分别是Ainley-Mathieson损失模型、DUBAM-cante损失模型、Baley损失模型、Baljy-Binlbuy

　　2涡轮叶尖间隙损失数值模拟

　　2.1研究对象

　　2.1.1轻负荷涡轮叶片

　　该叶型是某型涡轮风扇发动机高压涡轮转子平均半径处叶栅，对应于表1中的叶片1}其中负荷系数为0. 653，是一种具有后加载压力分布形式涡轮叶片。

　　2. 1. 2高负荷涡轮叶片

　　叶型11是一种典型的高负荷后加载涡轮叶片，对应于表1中的叶片11}其中负荷系数为0. 706，也是一种直叶片。

　　2. 1. 3考虑旋转因素的高负荷涡轮叶尖

　　叶片111是一种实际的涡轮转子叶片，见表1}其平均负荷系数为0. 873，叶尖负荷系数为0. 636，是一种高负荷的涡轮弯扭叶片。木文对叶片1和叶片11叶尖间隙流动的数位模拟没有考虑叶片的旋转，I(IJ对叶片111叶尖间隙流动的数位模拟考虑了旋转因素。

　　2.2数值计算方法和网格

　　叶尖间隙的流动结构很复杂，它不仅包括复杂的间隙泄漏流动，而且还包括二次流、漩涡等复杂流动。为了捕捉这些复杂的流动结构，本文应用数值计算雷诺平均N-S方程的方法实现对涡轮叶片叶尖间隙流动的模拟。数值计算的格式为时间相关的二阶隐式的有限体积法，所使用的计算网格为分区多块的混合网格，上游计算区域一个轴弦长，下游计算区域.个轴向弦长。其中，计算网格除了叶片顶部叶尖间隙处使用非结构化网格以外，其余均使用结构化网格。所使用的湍流模型为标准的K-epsilon两方程模型。图1中除了给出全三维网格之外，分别给出了横截面处和周期对称边界处流场计算的网格，可以看出，为了描述间隙流动细节，人为的在间隙处加密的计算网格情况。而在非间隙区域，同一个叶片的计算网格是相似的。