间隙泄漏对透平级气动性能影响的数值研究

陈阳, 李军, 周帅, 曹守洪, 孔祥林, 孙奇

(1.西安交通大学能源与动力工程学院, 710049, 西安; 2.东方汽轮机有限公司产品研发中心, 618000, 四川德阳)

透平机械中间隙泄漏带来的损失是其气动损失的重要组成部分[1-2]。随着透平通流精细化设计和实验、数值手段的发展,科研人员对间隙泄漏流动开展了一系列的研究。例如,Gier等通过实验与数值分析对叶顶泄漏流进行研究,总结了5类泄漏损失:泄漏工质的旁通损失、与主流的掺混损失、泄漏间隙中的鼓风损失、流动中的台阶损失以及随后附带的下游级损失,分析了这5类损失各自占总泄漏损失的比例,掺混损失大约占总损失的50%,旁通损失和台阶损失大约各占总损失的20%,附带的下游级损失占比较小而鼓风损失几乎可忽略[3];Pfau等在透平实验台上开展了叶顶迷宫密封泄漏流动与主流相互作用的研究,结果表明迷宫密封泄漏流动改变了动静气流匹配并引起了流动损失[4];Rosic等结合实验测量与数值模拟开展了叶顶间隙和动静腔室结构对透平级气动性能的研究,结果指出可以通过优化叶顶腔室结构控制泄漏流形态来提高透平级气动效率[5-6]。

孙皓等基于透平级实验数据,采用数值模拟研究了叶顶间隙泄漏对主流流场和二次流发展的影响[7];Barmpalias等实验研究了不同汽轮机叶顶间隙结构的气动性能,研究给出了最优的汽轮机叶顶间隙结构,保证了汽轮机的通流效率[8];高杰等通过数值模拟给出了叶顶间隙……