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深径比对孔型阻尼密封泄漏特性和流体激振动力学性能的影响研究
1
作者 宋会玲 魏阳国 +2 位作者 李永鹏 张子涵 李志刚 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第7期87-98,共12页
为揭示孔深对孔型阻尼密封封严性能和刚度阻尼动力学性能的影响规律,探究最佳孔深方案,采用非定常多频摄动数值方法,研究了不同孔深下孔型阻尼密封的泄漏特性和动力学特性。首先,通过3种孔深下孔型阻尼密封泄漏量和动力特性系数的数值... 为揭示孔深对孔型阻尼密封封严性能和刚度阻尼动力学性能的影响规律,探究最佳孔深方案,采用非定常多频摄动数值方法,研究了不同孔深下孔型阻尼密封的泄漏特性和动力学特性。首先,通过3种孔深下孔型阻尼密封泄漏量和动力特性系数的数值与试验数据对比,验证了数值方法的准确性;然后,计算分析了3种不同孔径(D为2.0、3.175、5.0 mm)下连续变化孔深(深径比A_(r)为0.1~1.25)的孔型阻尼密封的泄漏量;最后,评估了2种进口预旋(μ_(0)为0、0.5)、5种不同孔深(H为0.5、1.0、1.9、3.3、6.6 mm,D为3.175 mm)下孔型密封的动力特性系数、腔室动态压力及旋流速度发展。数值结果表明:深径比A_(r)是影响孔型密封泄漏特性的关键几何参数;从密封封严性能角度来看,A_(r)为0.4~0.5是最佳孔深方案,此时不同孔径的密封泄漏量均达到最小值;从密封动力学稳定性角度来看,较小孔深的孔型阻尼密封动力学稳定性更优,在确定最佳孔深时,需考虑污染物沉积、腐蚀磨损对孔深的影响,避免选择过小的孔深(H≥1.0 mm)。 展开更多
关键词 孔型阻尼密封 泄漏特性 动力学性能 深径比 多频摄动数值方法
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孔的排布方式对孔型阻尼密封泄漏特性和动力学性能影响研究 被引量：1
2
作者 张子涵 陈涛文 +1 位作者 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期75-84,共10页
为揭示孔的排布方式对孔型阻尼密封性能的影响规律以及探究最佳排布方式,基于多频椭圆轨迹涡动模型非定常计算流体力学摄动数值方法,研究了不同孔径、孔排布方式下孔型阻尼密封的泄漏特性和动力学性能。采用孔型阻尼密封试件试验数据,... 为揭示孔的排布方式对孔型阻尼密封性能的影响规律以及探究最佳排布方式,基于多频椭圆轨迹涡动模型非定常计算流体力学摄动数值方法,研究了不同孔径、孔排布方式下孔型阻尼密封的泄漏特性和动力学性能。采用孔型阻尼密封试件试验数据,验证了数值方法的可靠性和准确性,通过计算分析了不同孔径(3.175、12.268 mm)、孔排布方式(轴向顺排、周向顺排)、进口预旋(0、0.5)对孔型阻尼密封的泄漏量、动力特性系数和腔室动态压力的影响规律。数值结果表明:大孔径孔型阻尼密封动力学性能较优,具有较高的有效阻尼和较低的穿越频率,但封严性能较差,对应的泄漏量增加了6%~10%;小孔径孔型阻尼密封的泄漏特性和动力学性能对孔的排布方式不敏感,泄漏量偏差小于0.5%,动力特性系数偏差小于7%;对于大孔径孔型阻尼密封,采用周向顺排的方式可获得更好的封严性能以及更优的动力学性能,泄漏量可降低4%,有效阻尼的穿越频率也得到显著减小。该研究可为孔型阻尼密封的设计提供参考。 展开更多
关键词 孔型阻尼密封 泄漏特性 动力学性能 计算流体力学 孔排布方式
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进口防旋板对汽轮机交错齿迷宫密封泄漏特性和动力学特性影响研究 被引量：1
3
作者 黄新长 赵卫军 +3 位作者 殷戈 谭锐 张子涵 李志刚 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期117-126,共10页
为提高汽轮机高压缸和中压缸之间过桥汽封的气流激振动力学性能、抑制汽轮机轴系振动失稳,针对交错齿迷宫密封,开展了进口防旋板结构方案设计和动力学性能评估研究。首先,建立了具有“虚拟旁路边界”的交错齿迷宫密封动力学计算模型,实... 为提高汽轮机高压缸和中压缸之间过桥汽封的气流激振动力学性能、抑制汽轮机轴系振动失稳,针对交错齿迷宫密封,开展了进口防旋板结构方案设计和动力学性能评估研究。首先,建立了具有“虚拟旁路边界”的交错齿迷宫密封动力学计算模型,实现了对动密封进口压力场和高预旋速度场的精准模拟;然后,采用基于多频椭圆轨迹涡动模型的非定常计算流体动力学(CFD)摄动数值方法,对比分析了进口预旋(预旋比为0、0.3、0.5)对无防旋板结构的迷宫密封的动力特性系数的影响规律;最后,详细评估了不同进口防旋板结构方案的止旋抑振性能,比较分析了防旋板倾角和数量对迷宫密封的泄漏量、动力特性系数和周向旋流比分布的影响规律。研究结果表明:迷宫密封泄漏量对防旋板倾角和数量变化不敏感(泄漏量变化小于0.5%);进口预旋会导致迷宫密封交叉刚度和有效阻尼穿越频率增大、有效阻尼减小,易诱发轴系失稳;进口防旋板能够显著减小迷宫密封的交叉刚度(约为53%)和有效阻尼穿越频率(约为24 Hz)、增大有效阻尼,使密封泄漏量略有增加(约为4.5%);相较于直防旋板,45°倾角斜防旋板使密封交叉刚度进一步降低约14%,有效阻尼穿越频率变化较小;当防旋板数由36增加到72时,密封交叉刚度降低约24%,有效阻尼穿越频率减小约5 Hz;而当防旋板数由72增加到144时,密封的转子动力特性对防旋板数变化不敏感;综合考虑加工成本和止旋抑振性能,具有72个直防旋板的迷宫密封进口防旋板结构方案最优。研究结果可为交错齿迷宫密封防旋板设计提供参考。 展开更多
关键词 迷宫密封 泄漏特性 动力学特性 计算流体动力学 防旋板
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具有前置凸台防旋板的汽轮机交错齿迷宫密封动力学特性研究
4
作者 殷戈 黄彪 +3 位作者 黄新长 邵峰 张子涵 李志刚 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期53-64,共12页
为提高汽轮机多级轴端迷宫密封动力学性能,针对汽轮机两级轴端交错齿迷宫密封,开展了具有前置凸台的新型防旋板结构方案设计和止旋抑振性能评估。首先,针对两级轴端交错齿迷宫密封,设计了一级和两级传统防旋板、一级和两级前置凸台新型... 为提高汽轮机多级轴端迷宫密封动力学性能,针对汽轮机两级轴端交错齿迷宫密封,开展了具有前置凸台的新型防旋板结构方案设计和止旋抑振性能评估。首先,针对两级轴端交错齿迷宫密封,设计了一级和两级传统防旋板、一级和两级前置凸台新型防旋板等动密封防旋板结构方案,并建立了具有“虚拟旁路边界”的有、无防旋板多级交错齿迷宫密封动力学计算模型,实现了对多级动密封进口压力场和高预旋速度场的精准模拟;然后,采用基于多频椭圆轨迹涡动模型的动密封气流激振动力学特性(CFD)摄动数值预测方法,对比分析了无防旋板、传统防旋板和新型前置凸台防旋板作用下,两级交错齿迷宫密封泄漏特性和气流激振动力学特性;最后,通过分析不同防旋板结构方案下,两级交错齿迷宫密封腔室旋流发展、腔室速度场和动态压力分布、转子面气流激振力,阐明了防旋板的止旋抑振机制。结果表明:无防旋板的迷宫密封具有最低的泄漏量,一级传统防旋板或一级前置凸台防旋板的设置会使密封齿数减少,导致密封泄漏量增加约4.5%;相比于一级防旋板,具有两级防旋板的迷宫密封泄漏量增加约5.5%;相比于传统防旋板,前置凸台防旋板可减小交叉刚度、增大有效阻尼;相比于一级防旋板,两级防旋板可减小高涡动频率下的交叉刚度、增大直接阻尼,进而提高密封的有效阻尼;在传统防旋板的基础上设置前置凸台可提升防旋板的止旋性能,且两级防旋板可有效抑制密封下游区域的旋流发展,能显著提升迷宫密封动力学性能、抑制汽轮机轴系振动失稳。 展开更多
关键词 迷宫密封 泄漏特性 动力学特性 防旋板
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上游离散气膜孔型对静叶收敛端壁气热性能和气膜冷却效率影响的研究 被引量：1
5
作者 张昊 白波 +1 位作者 李志刚 李军 《推进技术》 北大核心 2025年第3期150-161,共12页
气膜冷却孔型影响冷气射流型态以及与端壁二次流的相互作用,进而影响涡轮静叶造型端壁的传热冷却特性。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和Realizable k-ε湍流模型的方法研究了上游圆形孔和扇形孔对涡轮静... 气膜冷却孔型影响冷气射流型态以及与端壁二次流的相互作用,进而影响涡轮静叶造型端壁的传热冷却特性。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和Realizable k-ε湍流模型的方法研究了上游圆形孔和扇形孔对涡轮静叶收敛端壁气热性能的影响特性,分析了6种质量流量比(MFR)下圆形孔和扇形孔的涡轮静叶端壁的热负荷分布、绝热气膜冷却效率、端壁二次流,以及叶片压力面侧的二次冷却效果(风影冷却)。研究表明:相比圆形孔,扇形孔能有效降低叶片肩部和气膜孔尾迹的端壁热负荷;同时,扇形孔可以显著增加端壁气膜覆盖范围和绝热气膜冷却效率,特别是在叶片前缘、叶栅通道上游以及叶片两侧。扇形孔消除了圆形孔出口冷气的流动分离现象进而降低了叶栅通道上游端壁温度。气膜冷气与马蹄涡形成前缘滞止涡,扇形孔的前缘滞止涡范围更大,提高了叶片前缘以及紧贴叶片两侧的气膜冷却效果和面积。在MFR=2.3%时,扇形孔对端壁绝热气膜冷却效率的增强效果最显著,面平均值相比圆形孔增加约40%。MFR=2.7%时扇形孔风影冷却覆盖面积最大,相比圆形孔减小约20%,但叶片近端壁表面温度下降15 K。相比于圆形孔,扇形气膜孔能够提高收敛型端壁冷却效率,但同时需要增加冷却气体质量流量比。 展开更多
关键词 涡轮静叶 收敛型端壁 气膜孔型 气膜冷却 风影冷却
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耦合透平末级的燃气轮机排气扩压器气动性能研究
6
作者 闫晨曦 王嘉骏 +5 位作者 姚家旭 苏鹏飞 孔祥林 方宇 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第8期134-146,共13页
为探究透平末级出口流动对燃气轮机排气扩压器性能的影响,获取由透平末级、排气扩压器和收集器组成的完整系统的气动性能,建立了耦合透平末级的燃气轮机排气扩压器气动性能高保真分析模型。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-St... 为探究透平末级出口流动对燃气轮机排气扩压器性能的影响,获取由透平末级、排气扩压器和收集器组成的完整系统的气动性能,建立了耦合透平末级的燃气轮机排气扩压器气动性能高保真分析模型。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型的方法,对比研究了不同流量下,排气扩压器的流场结构和静压恢复系数。结果表明:随着进口流量的降低,排气扩压器内流动分离导致的总压损失增加,排气扩压器静压恢复系数下降。收集器内主要存在两股旋流,与弯扭段相邻的拐角处涡旋和回流增加了压力损失,降低了静压恢复系数。设计流量下,排气扩压器非弯扭段静压恢复系数为0.645,110%设计流量下静压恢复系数增加了10.2%;小设计流量导致排气扩压器总压损失增加,扩压能力降低,50%设计流量下扩压器的静压恢复系数为-0.059。设计流量大于70%时,透平末级动叶叶顶间隙泄漏射流能够抑制排气扩压器机匣的分离流动,从而降低总压损失。该研究为考虑透平末级出口流动作用下的燃气轮机排气扩压器气动性能研究提供了一定的参考。 展开更多
关键词 燃气轮机 排气扩压器 透平末级 气动性能 静压恢复系数
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间隙阻尼结构对轮缘密封封严效率和气动性能影响的数值研究
7
作者 雷隆 屈杰 +2 位作者 高庆 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第5期143-155,共13页
为提高燃气轮机透平轮缘密封封严效率,以某型燃气透平第一级动静叶栅和动叶前盘腔轮缘密封为研究对象,设计了4种间隙阻尼轮缘密封结构,在5种工况下对比了原始结构和4种间隙阻尼结构的封严效率、非定常流动特征和盘腔下游动叶通道出口的... 为提高燃气轮机透平轮缘密封封严效率,以某型燃气透平第一级动静叶栅和动叶前盘腔轮缘密封为研究对象,设计了4种间隙阻尼轮缘密封结构,在5种工况下对比了原始结构和4种间隙阻尼结构的封严效率、非定常流动特征和盘腔下游动叶通道出口的总压损失系数。结果表明:在5种工况下,4种间隙阻尼结构的封严效率均优于原始结构,间隙内动盘凸肩结构的封严效率最高,其次为静盘凸肩动盘凹槽结构;与原始结构相比,5种工况下动盘凸肩结构在外腔静盘面测点处封严效率分别提高了47.1%、51.6%、32.4%、25.4%和26.2%;从流动机理角度分析,凸肩结构缩短了轮缘间隙长度,限制了燃气入侵通流面积,同时凸肩结构内的微小通道内形成了许多涡系,增大了燃气向内入侵的流动阻力,使封严效率大幅提高;在5种工况下,动盘凸肩结构在动叶栅出口端部的总压损失系数与原始结构相比分别增大了2.2%、1.6%、1.6%、2.5%和3.0%,相较于该结构大幅提高盘腔封严效率的表现而言,增加的气动损失相对较小。 展开更多
关键词 燃气透平 轮缘密封 阻尼结构 封严性能 总压损失
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气膜孔堵塞对涡轮叶栅端壁气热和叶片泛冷却性能影响的研究
8
作者 白波 郝铭扬 +2 位作者 张垲垣 李志刚 李军 《推进技术》 北大核心 2025年第6期177-188,共12页
喷涂热障涂层(TBC)可以有效地降低涡轮叶栅端壁热负荷,但喷涂过程中TBC材料易在气膜孔出口尾缘附近沉积,造成气膜孔部分堵塞。本文基于圆柱形气膜孔堵塞参数化物理模型,采用基于“双冷气温度”模型的冷却性能数值预测方法,研究分析了设... 喷涂热障涂层(TBC)可以有效地降低涡轮叶栅端壁热负荷,但喷涂过程中TBC材料易在气膜孔出口尾缘附近沉积,造成气膜孔部分堵塞。本文基于圆柱形气膜孔堵塞参数化物理模型,采用基于“双冷气温度”模型的冷却性能数值预测方法,研究分析了设计冷气供气压力下,不同堵塞比(B)和堵塞角度(α)下气膜孔流量系数、叶栅端壁气膜冷却效率、叶片压力面泛冷却性能和叶栅气动性能。研究发现:气膜孔堵塞会增加冷气流动阻力,在B=0.4时,气膜孔流量系数减小约28.28%,导致冷气覆盖能力显著下降,端壁气膜冷却效率下降19%~30%。叶片压力面泛冷却性能与气膜孔堵塞比紧密相关,较小的堵塞比(B=0.1和0.2)可以略微增强泛冷却性能(增幅小于10%),但较大的堵塞比(B=0.4)会显著削弱泛冷却性能(降幅超过15%)。在叶栅气动损失中,冷气与主流的掺混损失比二次涡(SV)造成的额外损失更重要,气膜孔堵塞可以略微增强叶栅气动性能(增幅为0.45%~0.65%)。 展开更多
关键词 燃气涡轮 热障涂层 气膜孔堵塞 叶栅端壁 气膜冷却 泛冷却 气动性能
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涡轮导叶双层壁冷却结构设计的管网耦合计算方法研究
9
作者 包林焌 许瑶 +1 位作者 刘钊 丰镇平 《推进技术》 北大核心 2025年第4期203-217,共15页
为方便涡轮导叶双层壁冷却结构的设计与研发,对用于双层壁冷却结构设计的管网耦合计算方法进行了研究。利用Python编制了求解双层壁冷却叶片内部流动的一维管网计算程序,结合ANSYS CFX计算软件,搭建了管网耦合设计计算平台;以MarkⅡ叶... 为方便涡轮导叶双层壁冷却结构的设计与研发,对用于双层壁冷却结构设计的管网耦合计算方法进行了研究。利用Python编制了求解双层壁冷却叶片内部流动的一维管网计算程序,结合ANSYS CFX计算软件,搭建了管网耦合设计计算平台;以MarkⅡ叶片为原型初步设计了气膜冷却方案,利用源项法模拟了气膜冷却的作用效果,提出了管网耦合计算的气膜冷却修正方法;将修正后的管网耦合计算方法应用于涡轮导叶双层壁冷却结构方案设计,结合三维气热耦合数值计算对管网耦合计算结果进行了验证与分析。结果表明:利用源项法可以模拟气膜冷却的作用效果,并节省约95%的计算时间;与三维气热耦合数值计算相比,气膜冷却修正后的管网耦合计算方法得到了相似的温度及换热系数分布;利用管网耦合计算方法设计的双层壁冷却结构方案具有较好的冷却性能,且耗时约为全三维气热耦合的1/12,在设计前期可利用该方法快速并准确地对方案的合理性进行评估。 展开更多
关键词 涡轮导叶 管网耦合计算 冷却结构设计 双层壁冷却 气膜冷却 修正方法
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透平通道间隙射流对造型端壁冷却特性影响的研究
10
作者 张垲垣 栗智宇 +1 位作者 李志刚 李军 《推进技术》 北大核心 2025年第7期205-215,共11页
针对叶栅通道间隙射流在造型端壁上冷气分布不均匀、冷却特性不明晰的问题,在三个典型吹风比下(M=0.5,1.0和1.5),采用数值方法对比分析了间隙射流在平端壁与造型端壁的冷气出流状态和端壁冷却特性的差异。结果表明:端壁造型通过改变端... 针对叶栅通道间隙射流在造型端壁上冷气分布不均匀、冷却特性不明晰的问题,在三个典型吹风比下(M=0.5,1.0和1.5),采用数值方法对比分析了间隙射流在平端壁与造型端壁的冷气出流状态和端壁冷却特性的差异。结果表明:端壁造型通过改变端区横向压力分布和间隙冷气出流位置而显著影响端壁冷却效果。小吹风比下(M=0.5),端壁凹陷造型导致通道间隙的前缘及中部具有强烈主流入侵,端壁造型通过削弱压力侧马蹄涡的迁移使得入侵区域更靠近下游,同时造型使得通道间隙的下游冷气附着面积减小,冷气出流更靠近通道间隙尾缘。高吹风比下(M=1.0和1.5),端壁造型使得通道间隙射流在下游的覆盖宽度增加,但吸力侧凹陷造型设计使得通道间隙前缘附近的冷却效果降低,同时通道间隙中部主流入侵及冷气向下游迁移更为显著。 展开更多
关键词 燃气透平 涡轮叶栅 造型端壁 通道间隙射流 气膜冷却
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变参数篦齿-蜂窝密封泄漏特性的研究
11
作者 王梓齐 李文豪 +2 位作者 徐磊 何坤 晏鑫 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第9期209-219,共11页
为全面分析变参数下篦齿-蜂窝密封的泄漏特性,搭建了燃气轮机篦齿-蜂窝密封泄漏流动特性实验台,并开展了对应的数值分析,研究了6种压比、4种间隙、6种蜂窝深度、4种蜂窝直径、4种齿高、3种篦齿倾角、2种齿宽、2种篦齿节距下的篦齿-蜂窝... 为全面分析变参数下篦齿-蜂窝密封的泄漏特性,搭建了燃气轮机篦齿-蜂窝密封泄漏流动特性实验台,并开展了对应的数值分析,研究了6种压比、4种间隙、6种蜂窝深度、4种蜂窝直径、4种齿高、3种篦齿倾角、2种齿宽、2种篦齿节距下的篦齿-蜂窝密封封严性能。结果表明:篦齿-蜂窝密封流量系数、泄漏量分别随压比、间隙的增加线性增大,其中密封压比每增加10%,流量系数增加3.47%,封严间隙每增大1倍,泄漏量增加57.94%;篦齿-蜂窝密封泄漏量随蜂窝深度增加先减小后增大,在蜂窝深度为3.5 mm时封严效果最优,泄漏量较最小蜂窝深度减少9.81%;随着蜂窝直径增大,泄漏量先减小后增大,并在蜂窝直径为1.6 mm时实现最佳封严效果,其泄漏量相较于最大蜂窝直径时降低8.11%;随着齿高、倾角增加,泄漏量单调降低;篦齿节距对封严效果影响较大,而齿宽影响最小。 展开更多
关键词 蜂窝密封 篦齿 泄漏量 实验 数值分析
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离散气膜孔与间隙冷气掺混作用下燃气透平叶栅端壁气动特性研究
12
作者 张垲垣 栗智宇 +2 位作者 白波 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第9期152-164,共13页
针对燃气透平端壁多源冷却结构射流相互作用及与端区二次流复杂掺混机理尚不明晰的问题,采用叶栅吹风实验与数值模拟方法研究了3种叶栅出口马赫数(0.2、0.3和0.4)和3种冷气吹风比(1.5、2.0和2.5)条件下离散气膜孔与间隙射流的掺混特性... 针对燃气透平端壁多源冷却结构射流相互作用及与端区二次流复杂掺混机理尚不明晰的问题,采用叶栅吹风实验与数值模拟方法研究了3种叶栅出口马赫数(0.2、0.3和0.4)和3种冷气吹风比(1.5、2.0和2.5)条件下离散气膜孔与间隙射流的掺混特性及其对叶栅端壁气动性能的影响。研究结果表明,叶栅气动负荷增加导致间隙冷气向下游迁移及近间隙气膜孔冷气出流趋势有所增强,二次流通过卷吸间隙冷气显著影响通道涡及近端壁区域的冷气聚集及气动损失情况。低马赫数(0.2)下,冷气吹风比的升高增强了间隙上游射流和压力侧马蹄涡的脱离趋势,通道涡损失区域向压力侧及近端壁区扩大,其平均总压损失系数增加0.15%,高吹风比间隙射流会被马蹄涡卷吸并降低叶肩临近区域附着效果。高马赫数(0.3和0.4)下,马蹄涡在压力侧的影响范围更大且脱离位置提前,间隙下游低压区面积显著增加,通道涡区域平均总压损失系数随吹风比增加而增大0.1%~0.16%。靠近间隙的气膜孔冷气覆盖面积较小,设计时应增加与间隙的距离,并调节气膜孔流量避免其在间隙处的脱离。 展开更多
关键词 燃气透平 端壁 多源冷却结构 二次流 气动性能
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燃气涡轮转静盘腔轮缘密封非定常流动特性和封严效率研究
13
作者 郭粲 白波 +2 位作者 雷隆 李志刚 李军 《推进技术》 北大核心 2025年第7期94-106,共13页
燃气涡轮动叶和静叶间转静盘腔轮缘密封性能直接影响燃气入侵和冷气出流,进而影响涡轮的气热性能。论文采用基于多组分示踪变量方法的三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和SST k-ω湍流模型研究了1.5级燃气涡轮动叶和静叶间转... 燃气涡轮动叶和静叶间转静盘腔轮缘密封性能直接影响燃气入侵和冷气出流,进而影响涡轮的气热性能。论文采用基于多组分示踪变量方法的三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和SST k-ω湍流模型研究了1.5级燃气涡轮动叶和静叶间转静盘腔径向轮缘密封的非定常流动特性,分析了4种封严冷气量下的轮缘密封非定常燃气入侵和冷气出流特性,对比了径向轮缘密封的封严效率。研究表明:4种封严冷气量下的1.5级燃气涡轮动叶和静叶间径向轮缘密封的外腔封严效率随着冷气量的增加而增加,内盘腔的时均封严效率大于0.9。受动盘旋转泵吸效应影响,动盘侧封严效率相对大于静盘侧。转静盘腔受密封间隙处两个较小尺度和外腔中两个较大尺度Kelvin-Helmholtz不稳定旋涡影响,导致轮缘密封间隙内流场非定常特性明显,不同周向位置出现不同的燃气入侵和冷气出流现象。转静盘腔内旋涡强度和涡核位置随时间和冷气流量的变化而发生改变,引起轮缘密封间隙处燃气入侵和冷气出流状态的相互转换。封严冷气出流与端壁二次流掺混导致对下游静叶的影响主要集中在前缘位置。 展开更多
关键词 燃气涡轮 轮缘密封 非定常流动 封严效率 数值模拟
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涡轮叶栅前缘区域叶片与端壁交互气膜冷却作用数值研究
14
作者 张垲垣 张超才 +2 位作者 栗智宇 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第8期100-111,共12页
针对燃气涡轮叶栅前缘角区不同部件的多源冷气射流与二次流掺混机理不明晰和极高热负荷的问题,数值研究了叶片喷淋头射流、端壁前缘气膜孔射流和端壁上游槽缝射流在前缘区域的流动掺混和交互冷却特性。结果表明,叶片喷淋头冷气能够通过... 针对燃气涡轮叶栅前缘角区不同部件的多源冷气射流与二次流掺混机理不明晰和极高热负荷的问题,数值研究了叶片喷淋头射流、端壁前缘气膜孔射流和端壁上游槽缝射流在前缘区域的流动掺混和交互冷却特性。结果表明,叶片喷淋头冷气能够通过在端壁的再附着对热环区域起到二次冷却作用,并通过改变二次流生成强度影响端壁冷气分布。当端壁吹风比较小时,叶片与端壁冷气在马蹄涡的阻隔下掺混较弱,端壁冷气在热环外侧马蹄涡边沿的直接附着形成条形冷却保护,叶片冷气通过再附着对端壁吸力侧角区形成二次冷却,随叶片吹风比M_(s)的增大,吸力侧马蹄涡及其卷吸的端壁冷气更加靠近叶片,其与喷淋头射流掺混增强,前缘区域平均冷却效率提升0.04,M_(s)=1.0时叶片喷淋头冷气在角区的覆盖沿轴向分布最为均匀。当端壁吹风比较大时,端壁冷气与叶片冷气掺混强烈并对角区形成较好的气膜冷却保护,主要发生于角区的冷气掺混现象导致上游槽缝与端壁气膜孔之间存在较大无冷却区,随M_(s)增大吸力侧角区的冷气掺混显著增强,端壁0<z/C_(ax)(轴向坐标与轴向弦长之比)<0.1区域的平均冷却效率提升了0.08。研究结果表明,在叶栅端壁前缘冷却布局设计时应考虑叶片冷气的二次冷却作用,同时关注其对二次流生成及在下游发展强度的影响。 展开更多
关键词 燃气涡轮 叶栅端壁 气膜冷却 叶片喷淋头射流 二次流
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刷式-迷宫密封泄漏流动和转子动力特性数值研究 被引量：8
15
作者 张元桥 李志刚 +1 位作者 李军 晏鑫 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期28-35,共8页
为评估刷式-迷宫密封的封严性能和偏心涡动时对转子安全稳定性的影响,采用基于涡动转子法和非线性Darcian多孔介质模型,建立了数值研究刷式-迷宫密封泄漏流动和转子动力特性的数学模型。研究了压比为1.96、3、4.49、6.9,进口预旋速度为... 为评估刷式-迷宫密封的封严性能和偏心涡动时对转子安全稳定性的影响,采用基于涡动转子法和非线性Darcian多孔介质模型,建立了数值研究刷式-迷宫密封泄漏流动和转子动力特性的数学模型。研究了压比为1.96、3、4.49、6.9,进口预旋速度为-50、-30、0、30、50 m/s和4种转子自旋速度为3×10~3、7.5×10~3、1.5×10~4、2×10~4 r/min下刷式-迷宫密封泄漏流动特性和转子动力特性系数,并与传统迷宫密封进行了比较。研究结果表明:刷式-迷宫密封的泄漏量显著小于迷宫密封,在压比为6.9时,刷式-迷宫密封的有效间隙仅为迷宫密封的25.5%;刷式-迷宫密封的直接刚度随压比和进口预旋速度绝对值增大而增大,随转子自旋速度改变变化不明显;有效阻尼随进口预旋和转子自旋速度的升高而降低。刷丝束具有止旋作用,相比迷宫密封,刷式-迷宫密封的交叉刚度和有效阻尼对运行工况变化敏感度更低,且刷式-迷宫密封的直接刚度在研究工况范围内均大于迷宫密封,临界转速更高。在相同工况条件下,刷式-迷宫密封的封严性能显著优于迷宫密封,正向预旋速度较大或转子自旋速度较低时,刷式-迷宫密封有效阻尼大于迷宫密封,转子系统的稳定性更好。 展开更多
关键词 刷式-迷宫密封 涡动转子法 泄漏流动 转子动力特性系数 数值模拟
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蜂窝密封内流动传热及转子动力特性的研究进展 被引量：10
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作者 晏鑫 李军 丰镇平 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期201-216,共16页
蜂窝密封由于其具有优良的密封性能和转子动力特性而广泛应用于叶轮机械中.本文从实验研究、数值模拟和理论分析3个方面对蜂窝密封的研究现状及其进展进行了综述.主要内容包括:蜂窝密封泄漏特性及其密封机理的研究进展;蜂窝密封流动总... 蜂窝密封由于其具有优良的密封性能和转子动力特性而广泛应用于叶轮机械中.本文从实验研究、数值模拟和理论分析3个方面对蜂窝密封的研究现状及其进展进行了综述.主要内容包括:蜂窝密封泄漏特性及其密封机理的研究进展;蜂窝密封流动总温升特性的研究进展;蜂窝密封流热耦合作用下的流动传热特性研究进展;蜂窝密封非定常气流激振和转子动力特性的流固耦合机理研究进展.最后在蜂窝密封研究现状综述的基础上,展望了蜂窝密封的发展方向. 展开更多
关键词 蜂窝密封 泄漏特性 传热特性 转子动力特性
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袋型阻尼密封泄漏流动和转子动力特性的研究进展 被引量：23
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作者 李军 李志刚 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期519-536,共18页
袋型阻尼密封可以有效地减弱密封间隙内泄漏流体的周向流动,从而使转子具有优良的动力特性.本文简介了袋型阻尼密封的发展历程,详细综述了袋型阻尼密封的泄漏和转子动力特性的理论分析、实验测量和数值预测的研究进展.介绍了袋型阻尼密... 袋型阻尼密封可以有效地减弱密封间隙内泄漏流体的周向流动,从而使转子具有优良的动力特性.本文简介了袋型阻尼密封的发展历程,详细综述了袋型阻尼密封的泄漏和转子动力特性的理论分析、实验测量和数值预测的研究进展.介绍了袋型阻尼密封转子动力特性的系统阻抗法和腔室动态压力响应法两种实验测试技术及其应用.最后在袋型阻尼密封研究综述的基础上,展望了袋型阻尼密封的研究重点和发展方向. 展开更多
关键词 袋型阻尼密封 泄漏特性 转子动力特性 实验测量 数值预测
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孔型气体密封转子的动力特性研究 被引量：11
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作者 晏鑫 李军 丰镇平 《动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期31-35,共5页
采用基于两控制容积Bulk Flow理论和可压缩理想气体模型开发的计算程序对孔型密封转子的动力特性进行了分析,计算了在不同进口预旋、密封间隙和孔深时孔型密封转子的动力特性系数,并将其与已有的实验数据进行了比较.结果表明:增大进口... 采用基于两控制容积Bulk Flow理论和可压缩理想气体模型开发的计算程序对孔型密封转子的动力特性进行了分析,计算了在不同进口预旋、密封间隙和孔深时孔型密封转子的动力特性系数,并将其与已有的实验数据进行了比较.结果表明:增大进口预旋会使有效刚度和有效阻尼减小,交叉刚度增大,对转子稳定性不利;过大或过小的密封间隙尺寸均对孔型密封的总体性能不利;孔型密封的有效刚度和穿越频率对孔深的变化不敏感,但有效阻尼随孔深的减小而显著增大.计算结果与实验值吻合良好. 展开更多
关键词 叶轮机械 转子动力特性 孔型密封 两控制容积Bulk Flow理论
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液相和多相环境下环形动密封泄漏流动和转子动力特性的研究进展 被引量：11
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作者 李志刚 方志 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1-22,共22页
为保证泵和压气机的全负荷、高效和稳定运行,针对运行在液相和多相环境下的环形动密封特殊的泄漏流动和流体激振转子动力特性,研究人员开展了大量的理论和实验研究。首先,对液相和多相环形动密封的应用背景、密封流体激振力产生机理和... 为保证泵和压气机的全负荷、高效和稳定运行,针对运行在液相和多相环境下的环形动密封特殊的泄漏流动和流体激振转子动力特性,研究人员开展了大量的理论和实验研究。首先,对液相和多相环形动密封的应用背景、密封流体激振力产生机理和转子动力特性系数数学模型进行了分析;然后,分别对纯液相环境下的环形动密封技术性能分析方法和结构设计研究进展,气液两相环境下环形动密封的泄漏流动、转子耗功和动力特性的研究现状,以及湿气环境下环形动密封技术的泄漏流动和转子动力特性的实验测量和数值模拟方面的研究结论进行了综述;最后,基于目前液相和多相环境下环形动密封性能在实验测量、数值模拟和理论分析方面的研究结论,展望了环形动密封技术在多相环境下的泄漏流动和流体激振转子动力特性方面需要深入开展的研究课题。针对纯液相环形动密封,研究人员已开发了相应的实验测试方法和基于BULK FLOW模型和CFD(computational fluid dynamics)的数值预测方法,还需进一步开展高效抑振方法和高阻尼液相动密封技术研究;针对气液两相环形动密封,研究人员主要通过实验测量方法获得气相组分和液相组分对密封泄漏和转子动力特性的影响规律,还需进一步开展气液两相密封高精度数值预测方法和密封微小间隙内两相流动机理研究。 展开更多
关键词 环形动密封 液相和多相环境 泄漏流动 转子动力特性 实验测量 数值模拟
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防旋板结构的迷宫密封转子动力特性研究 被引量：8
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作者 薛文松 方志 +2 位作者 王天昊 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期105-116,共12页
采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术求解非定常RANS方程,研究了高低两种预旋比下具有防旋板结构的迷宫密封气流激振转子动力特性。分析对比了在预旋比分别为0.13和1.32时无防旋板结构迷宫密封(Design 1)、带进口防旋板结构迷宫密... 采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术求解非定常RANS方程,研究了高低两种预旋比下具有防旋板结构的迷宫密封气流激振转子动力特性。分析对比了在预旋比分别为0.13和1.32时无防旋板结构迷宫密封(Design 1)、带进口防旋板结构迷宫密封(Design 2)、在Design 2的基础上增加二级防旋板迷宫密封(Design 3)的平均周向速度、泄漏量、转子动力特性系数。数值模拟得到的Design 1的泄漏量和转子动力特性系数与实验数据吻合良好,验证了数值方法的准确性。研究表明:高预旋比会导致Design 1的直接刚度和有效阻尼降低,并使直接阻尼与交叉刚度增加;预旋比为1.32时Design 2相对于Design 1能明显降低交叉刚度,且降幅达到63.3%~86.3%,Design 3相对于Design 2的交叉刚度降低了12.9%~39.4%;预旋比0.13时Design 2的交叉刚度小于0,Design 3的交叉刚度绝对值相对于Design 2增加了24.4%~153.0%;Design 2相对于Design 1在预旋比为1.32时有效阻尼项穿越频率从175.1 Hz降低到28.3 Hz,预旋比为0.13时在20 Hz之后的有效阻尼增加31.6%~60.0%;Design 3相对于Design 2在预旋比为1.32时消除了有效阻尼的穿越频率,在预旋比为0.13时有效阻尼增加26.9%~38.0%。在两种预旋比下设计二级防旋板会略微降低直接刚度,减小交叉刚度,增加直接阻尼。本文工作可为增加迷宫密封转子动力特性的防旋板设计提供参考。 展开更多
关键词 迷宫密封 防旋板 进口预旋 转子动力特性
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