基于数值模拟结果的篦齿结构参数对泄漏特性影响正交分析 杨立新.doc

中国工程热物理学会 学科类别：传热传质学 学术会议论文 编号：143056 基于数值模拟结果的篦齿结构参数对泄漏特性影响正交分析 杨立新1,2，黄彬彬1,2 （1 北京交通大学 机电学院热能工程研究所，北京 100044 2 微细尺度流动与相变传热北京市重点实验室,北京 100044） (Tel:010 Email:lxyang1@bjtu.edu.cn) 摘 要：将航空发动机常用的几种篦齿结构通过参数化定义为统一的篦齿结构模型；通过实验结果验证了计算篦齿流场的CFD模型准确性；进行了典型篦齿结构数值模拟分析，讨论了影响篦齿泄漏量的两个主要作用机理；基于数值模拟开展篦齿结构参数对篦齿泄露特性影响的正交分析；给出了几何参数对九种典型篦齿结构封严特性影响规律，获得了篦齿几何参数对泄漏量影响权重大小，为航空发动机篦齿设计和优化提供参考依据。 关键词：篦齿封严；泄漏特性；数值模拟；正交分析 Abstract：A unified structural model for aircraft engine labyrinth seal was established by parameterization. The CFD model involved in seals flow simulation was validated against experimental data. The model had been implemented to simulate the flow characteristics for different types of labyrinth seals. Two major mechanisms that impact the leaking rate of the labyrinth seals were revealed based on the numerical study. The orthogonal method were used to study and quantify the impacts of the seal geometric parameters on leaking rates for nine aircraft engine labyrinth seals. A quantitative theory of the leaking rate was established to provide guidance for the design optimization of labyrinth seals. Key words: labyrinth gas seal; leaking characteristics; numerical simulation; orthogonal test 0 前言 航空发动机内流腔室间的气体封严系统对发动机的可靠性和维护性具有重大影响，篦齿封严以其结构简单封严性能好等优势得到广泛应用。CFD方法的发展，为篦齿结构设计与优化提供了更直观、更详细的数值研究手段。 G. Chochua[1]等蜂窝型篦齿张猛[2, 3]等台阶型篦齿W Zhao[4]等针对直通型篦齿Alexander O. Pugachev[5]等针对偏心型篦齿。篦齿S.P. Asok[6, 7]等针对矩形与圆腔型篦齿WANG Wei Zhe[8, 9]等针对咬合型与台阶型篦齿，Tong Seop Kim[10]直通型与台阶型篦齿B. H. Ertas[11]等针对平滑衬套与蜂窝衬套篦齿。[12,13]的正交试验，得到 1统一参数化篦齿模型 航空发动机中一些典型篦齿类型可以通过结构尺寸的变化相互转换。本文将常用的几种篦齿结构通过参数化定义为结构模型，如图1所示。篦齿结构由齿数N，节流间隙c，齿宽t，齿高H，齿间距B，台阶高度e，台阶与距离(，(，倒角、构成，其中台阶与距离、对篦齿结构类型及性能影响不大，本文取定值。篦齿为环形结构，R=90mm。齿尖倾斜方向与流动方向相同齿尖倾斜方向与流动方向图给出了这九种结构示意图对应的参数值类型描述。 图1 统一的参数化篦齿模型 Fig.1 The universal parametric model for labyrinth seal 图2 参数e，(演变构成的不同篦齿类型 Fig.2 The typical labyrinth seals on different parameter e，(