大转角透平叶片弯曲形状对叶栅损失增长和分布的影响.doc

大转角透平叶片弯曲形状对叶栅损失增长和分布的影响 第l4卷第4期工程热物理v.1.14.№.4 1993年11月JOURNALOFENGINEERINGTHERMOPHYSICSNov??1993 ■酾嗣蹴 大转角透平叶片弯曲形状对叶栅损失 增长和分布的影响 王仲奇韩万今谭春青石红周谟春 哈尔滨工业大学丁4I 摘要 对具有大转角的常规直叶片,正弯与反弯叶片的三套大尺寸,低展弦比的矩形叶栅进行 了低速风洞实验.详细测量了栅前三个,栅内六个和栅后一个轴向垂直面内的气动参数.实验 结果表明.与常规直叶片相比,叶片的反弯曲削弱了马蹄埚和通道涡的强度.并抑制通道涡向 叶栅中部发展,从而避免了上,下通道埚的j亡合.因此.反弯叶片叶栅中的二次旋涡损失显着 降低,流动特性大为改善. 一 ,引言 自六十年代初.弯扭联合气动成型叶片被提出以来,迄今为止在这方面的大量理论与 实验研究都是针对具有较小折转角叶片的静叶栅,并且证明对于高损失区绝大部分位于 端壁附近的该类叶栅,采甩压力面在外圆的正弯叶片可控制二次漉,改善叶栅和透平级的 气动特性口-].但是,对于高压比燃气透平叶栅,蒸汽透平谓节级转向叶栅以及小反动度 级动叶栅,叶片的折转角都很大.在这后一类叶栅中伴随着高强度的上,下通道涡在叶栅 中部的汇合,高损失气流也被卷吸到那里.此时,再采用正弯叶片不仅不能减少损失,反而 会使损失增加. 本文作者曾在文献[3]中推测:在大转角透平叶栅中只有采用吸力面在外圆的反弯叶 片,才能控制马蹄涡和通道涡的生成和发展,使上,下通道涡分别位于叶栅两侧而不汇合. 从而减少二次旋涡损失.这一推测是否正确,在本文之前尚无实验证实.本文通过大转角, 低展弦比透平矩形叶栅的低速风洞实验.探讨了叶片的正,反弯对气流绕流叶栅损失的增 长与重新分布的影响,测得的实验数据表明文献[3]的推测是正确的. 二,实验模型 实验是在平面叶栅低速风洞上进行的.实验了三套叶栅:1.常规直叶栅(图1(a));2. 压力面在外圆的正弯叶片叶栅(图1(b));3.吸力面在外圆的反弯叶片叶栅(图1(c))在 叶片弯曲的同时保持平行端壁平面内的叶型仍为最佳形状.在实验叶栅栅前设置三个测 量面,在叶栅漉道内设置六个测量面,在栅后设置一个测量面.所有测量面的位置表示在 图2.沿叶高和节距方向的气动参数应用五孔球头测针测量.叶栅的其它几何与气动参数 ?国家自然科学基金资助项目. 车文曾于1992年l1月在北京召开的中国工程热物理学会第八届年会上宣读 工程热物理14卷 If J,61lfalm) (a)常规直叶播(b)lE弯叶片叶栅 固1实验模型 (c) (c)反弯叶片叶栅 为:叶弦b一12Omm轴向弦长B一105ram叶高h一 110ram}展弦比h/b=0.917}节弦比t/b=0.667;几何 进气角‰=64.}几何出气角64.5.;栅前总压一 5773Pa(表压);叶栅出口雷诺数Re一6.4×10,马赫数 M一0.26. 三,实验结果讨论 叶栅气动理论与实验研究表明,存在着两个确定 流动特性的重要参数第一,叶片折转角大小及其沿叶 高的分布将确定二次流损失的大小;第二,在两个端壁 上叶片倾斜的角度和符号将确定径向压力梯度和由此圈2测量面位置圈 而产生的损失分布.为了保持沿叶高均匀一致的高负荷,本实验采用等截面大转角叶片, 因此唯一的途径是通过采用压力面与两端壁成锐角的正弯叶片或压力面与两端壁成钝角 的反弯叶片,以形成始于端壁的沿叶高的负压梯度或正压梯度,从而降低气流流过叶栅损 失的增长,井使进口附面层带来的原损失和损失的增长值沿叶高趋于均布. 文献[3]已描述了低展弦比大转角透平矩形常规叶栅的流动模型(图3).马蹄涡和通 盏叮 D为附着奇点,ss为分离线 圈3低展弦比太转角透平矩形叶播流动 樽型 道涡的形成和发展以及上,下两通道涡的汇合产生的 二次旋涡损失占总流动损失的绝大部分,而且高损失 占据叶栅中部的大片区域.降低这种叶栅损失的关键 是控制马蹄涡和通道涡的发展,避免上,下通道涡相汇 合.文献[3]的实验结果表明,采用直线倾斜叶片不但 不能减少损失,有时甚至会引起损失的增长,但同时指 出采用压力面与两端壁成钝角的反弯叶片可将钝角侧 控制马蹄涡和通道涡的作用引入同一叶栅的两侧. 进口流动为了获得实验叶栅的均匀进口流场, 对叶栅进口段出口流场进行调试,在未安装叶栅时测 得上,下附面层厚度为24.6毫米.当分别安装常规直 叶栅,正弯叶片Dr-栅和反弯叶片叶栅时,泌得叶栅出口 4期王仲奇等:大转角透平叶片弯曲形状对叶栅损失增长和分布的影响 附面层厚度依次为26.9毫米,3l毫米和24.6毫米.附面层厚度的变化是由于三种叶栅 的阻塞效应不同所引起的. 进口附面层绕流叶片前缘三维分离形成马蹄涡的流动图谱,已由文献