轴流压气机静叶气封间隙流的研究和流道优化

论文摘要

静叶气封间隙泄漏流会对多级压气机性能造成一定影响。然而由于压气机本身的固有结构特点,无法通过设计或者是其他手段彻底消除气封间隙流的影响。因此,研究气封泄漏流动的具体细节和作用机理,对于控制气封间隙泄漏流对压气机性能造成的负面影响有着积极的意义。气封泄漏流的流动十分复杂,因此针对该课题的研究比较困难,但是随着人们对它越来越多的关注,气封泄漏流的流动特点和物理机制也在逐步得到揭示。本文的主要研究内容是针对大型压气机静叶气封间隙泄漏流的数值模拟和分析,通过对有气封和无气封两种情况的定常对比研究,详细描述了气封间隙泄漏流的流动细节,分析了其对主流的干扰和影响,阐释了其导致压气机整体性能下降的主要机理。同时根据气封间隙泄漏流的流动特性,采用一种针对静叶流道的优化方法,以期改善泄漏流对压气机整体性能的影响。定常计算的结果表明,此优化方法能在一定程度上削弱气封泄漏流的负面作用,进而使压气机整体性能得到一定提升,其中效率能提高0.4%~0.5%左右。基于定常计算的结论,采用非定常计算方法再次对定常结果进行验证,并同时观察上述各种流动的非定常效应,在一定程度上揭示非定常流动机理,以期为工程实践提供有益参考。数值实验结果表明,非定常计算结果与定常计算结论相吻合,但是提供了比定常计算更为丰富的流动现象和流场细节。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国能源及电力概况
• 1.1.2 燃气轮机发展概况
• 1.2 课题背景
• 1.2.1 压气机结构及设计
• 1.2.2 气封间隙泄漏流
• 1.2.3 动静叶干扰
• 1.3 文献综述
• 1.3.1 气封间隙泄漏流动研究
• 1.3.2 动静叶干扰研究
• 1.4 本文结构
• 第2章 CFD 软件简介
• 2.1 组成部分
• 2.2 基本控制方程
• 2.3 湍流模型
• 第3章 轴流压气机静叶气封间隙流动的定常分析
• 3.1 本章引言
• 3.2 模型假设和数值方法
• 3.2.1 网格设置
• 3.2.2 计算模型和边界条件
• 3.3 压气机静叶气封泄漏流动定常分析
• 3.3.1 总体性能
• 3.3.2 流场分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 轴流压气机静叶叶根带气封流道的优化
• 4.1 本章引论
• 4.2 优化方法和数值手段
• 4.3 优化前后定常结果对比分析
• 4.3.1 总体性能
• 4.3.2 流场分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 轴流压气机静叶流道优化前后非定常分析
• 5.1 本章引言
• 5.2 网格设置和数值手段
• 5.3 非定常计算结果分析
• 5.3.1 总体性能
• 5.3.2 流场分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 非定常计算部分结果
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果