轮背凹槽结构对半开式向心涡轮性能影响数值模拟

摘要

为了厘清半开式向心涡轮转子轮背间隙内的流动机理及轮背间隙泄漏流动对涡轮性能的影响,以某半开式向心涡轮为研究对象,采用数值模拟的方法对轮背间隙泄漏流动进行分析,深入剖析了封严气、泄漏流及主流的运动轨迹,并明确了轮背泄漏损失分布。针对轮背间隙内泄漏流动的特点,对轮背结构进行了改进设计,并研究了轮背凹槽的形状、长度、宽度和深度对泄漏损失的影响。结果表明:半开式向心涡轮轮背存在横向泄漏流动,并与主流和封严气进行掺混,造成流动损失,恶化了涡轮性能,采用轮背凹槽结构后,可有效抑制轮背的泄漏流,降低流动损失。凹槽的形状、长度、宽度和深度对泄漏流的影响程度不同,椭圆形凹槽可使涡轮效率提高0.2%,矩形凹槽可使涡轮效率最大提高0.23%。