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表面粗糙度对压气机叶栅性能影响的实验研究

高磊  
【摘要】:在长期运行过程中,燃气轮机的各项性能指标逐渐衰减,直接影响运转消耗和维护成本。如何使燃机维持在相对高效的运行状态,成为燃气轮机制造方和使用方共同关注的问题。在众多影响因素中,引起压气机叶片性能衰退的主要原因可归结为积垢、侵蚀和腐蚀。虽然压气机叶片性能衰退的方式不同,成因各异,但均会造成叶片表面粗糙度的增大。表面粗糙度相当于给流经叶片表面的流体强加了一个扰动,其产生的影响与扰动的强度、位置及流场条件有关,因而对粗糙度量级、位置以及来流条件影响的考察也成为一直以来粗糙度研究方面的重点。但因压气机叶片设计参数和运行条件的不同,至今很多粗糙度影响的研究结论并不普适。尤其叶栅粗糙度的实验研究大多在某一攻角下,对不同攻角下粗糙度量级和位置影响的认识尚不完善。因此,针对实际叶片不同程度的性能衰退问题,本文采用低速压气机平面叶栅实验的方法,开展了如下研究:1.叶片厚度增加对叶栅性能的影响对比机械精加工的粗糙度等级,实验中选取了7000 #型号的砂纸,并借助数值手段,定量考察了不同来流Re数条件下,由贴砂纸引起的叶片厚度变化对叶栅总压损失攻角特性、负载和气流折转角的影响,分析叶片加厚对不同攻角下叶栅性能的影响趋势及其原因,讨论了实际压气机积垢引起的叶片厚度增加程度对本文叶栅有效工作范围的影响,同时,加厚叶型的性能分析也为粗糙度的研究提供了基准。2.不同粗糙度量级对叶栅性能的影响参考粗糙度影响的相关判别准则,选取了四种型号的砂纸研究不同粗糙度量级对叶栅总压损失攻角特性和气流折转角的影响,比较基准是厚度分析中的加厚光滑叶型,大概界定了粗糙度量级的敏感区域,讨论了敏感区域随来流Re数和攻角的变化,并分析了粗糙度量级对叶栅性能的影响趋势和程度在不同攻角范围内的差异,同时,对低Re数下粗糙度降低总压损失进行了初步的探讨。3.不同粗糙度位置对叶栅性能的影响选取了80μm的粗糙度量级,研究了粗糙度位置对叶栅总压损失攻角特性和气流折转角的影响,比较基准是厚度分析中的加厚光滑叶型,分析了粗糙度位置的影响与攻角的关系,界定了本文叶型的粗糙度敏感位置,借助数值方法,讨论了敏感位置粗糙度对叶栅性能的影响趋势和程度在不同Re数、不同攻角下的差异,并进行了初步的机理性分析。


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