航空发动机篦齿的封严特性研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caisilver
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篦齿是航空发动机封严系统中较为常用的结构,主要应用航空发动机的动静转子之间进行封严,防止冷却空气和滑油的泄漏。篦齿的几何结构对封严性能的影响显著,改善篦齿封严结构可以保证发动机的安全可靠性并提高发动机性能。本文通过数值计算的方法,系统的研究各个参数对篦齿封严性能的影响。通过内部流场分析其封严机理,并对结构加以改善,对实际工程具有指导意义。依据篦齿结构常用参数范围选定研究对象,对篦齿模型的网格进行敏感性分析,并结合参考文献实验数据选取合适的湍流模型和数值计算方法。使用商业软件FLUENT18.2分别对直通型和上、下台阶型篦齿内部流场分布进行计算模拟,直观的了解篦齿内部流体的能量耗散和流动方式以及封严原理。研究齿数、节流间隙、齿腔形状、倾斜角度、进出口压比和转速等参数对直通型篦齿的封严影响以及台阶与篦齿相对轴向位置对台阶型篦齿的封严影响,得出各参数的影响规律和比重的大小。本文的主要研究结果如下:(1)相同压比条件下,直通型篦齿封严效果最差,下台阶型篦齿封严效果最好。(2)参数的影响:篦齿泄漏量随齿数增大而减小,随篦齿宽度增大而增大,随节流间隙的增大呈线性增大,其中齿数与节流间隙对泄漏量的影响比较显著;齿腔形状接近正方形时,泄漏量较小,但影响幅度较小;与直通型篦齿相比,右倾斜型篦齿不利于封严,左倾斜型篦齿利于封严,最佳倾斜角度在45度左右,分析流动规律,对模型进行改善并验证;采用带有凹槽的壁面可以有效减少泄漏量,密集三角形凹槽效果较好;泄漏量随进出口压比的增大呈线性增加,转速对封严效果基本无影响;相同压比下,压力分布较大的部件应采用封严性能更好的封严结构。(3)上台阶型篦齿随篦齿与台阶轴向距离的增大而增大,下台阶型篦齿随篦齿与台阶轴向距离的增大而先增后减;对某发动机的叶尖封严结构进行模拟并改善其结构。(4)压比、齿腔高度和节流间隙对两种介质泄漏量的影响规律一致,右倾斜篦齿、篦齿宽度、壁面凹槽对两者泄漏量的影响规律相反;腔内篦齿对滑油泄漏量几乎无影响。
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