● 摘要
随着航空发动机涡轮前温度的不断提升，对涡轮的冷却技术要求也不断提高。通常采用的冷却方式是，从压气机引出一股压缩空气，一部分用于冷却涡轮叶片和涡轮导向叶片，另一部分则用于冷却和密封涡轮盘。因此掌握涡轮盘腔内冷却气流的运动规律就显得极其重要。本文以高位垂直进气径向出气的转静系涡轮盘腔为研究对象，采用实验和数值模拟相结合的方法对其流动特性进行系统研究。实验采用PIV测试系统采集数据，数值模拟采用ANSYS CFX计算，具体研究了不同转速、不同进气流量、不同轴向位置时转静系盘腔内部流场的分布规律。本文对实验结果进行了速度场和旋流系数的分析。实验时的转静间距分别为20mm、40mm和50mm，流量分别为300kg/h、400kg/h、500kg/h、600kg/h和700kg/h，转速分别为1000rpm、1500rpm、2000rpm和2500rpm。实验结果表明：在本实验的工况范围内，大部分区域已为湍流，两盘间的流动结构明显具有Batchelor流型的特点，转盘和静盘两个表面附近形成各自独立的边界层，两边界层之间有一个旋转核心，核心区内旋流系数β比大间隙封闭系统湍流流动时旋流系数的值0.43要小。流量系数和旋转雷诺数的变化对旋流系数β的影响较小，但转静间隙的变化对β的影响较为显著。通过相同工况的重复性验证及不同工况的互相验证，本文的实验结果真实可靠。实验和数值模拟的比较研究结果表明数值模拟和实验结果基本趋势符合良好。