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航空燃气轮机正向着高推重比和低耗油率的高性能趋势发展,高负荷、高效率、低级数、小尺寸的涡轮才能满足现代航空发动机的发展需求。因此为了提高燃气涡轮的整体性能从根源入手,提高单个涡轮叶片的性能,减小其做功过程中产生的能量损失是非常具有深入研究意义的。气体在涡轮叶栅流道内的流动是极其复杂的,气流流经涡轮流道,将其极高的焓变转化为动能再转化为机械功,在这个过程中由于气流在旋转机械内复杂结构中流动,会产生一系列的二次流损失,其中叶顶间隙内的潜流现象引起的泄漏损失会明显导致涡轮叶片做功能力的下降和效率下降,从而对涡轮的整机效率也产生了负面影响。 本课题的目的就是通过数值计算的途径针对单个涡轮直叶栅叶尖产生的间隙泄漏流动现象的一种控制方法进行研究。首先采用一种特定结构的直蜂窝叶顶的被动流动控制手段抑制叶顶间隙泄漏现象,并分析这种控制方法的作用机理,发现蜂窝叶顶泄漏涡被削弱,通道涡涡核上移,气动损失减小。而后探究叶顶蜂窝腔的不同深度对于叶顶间隙泄漏流动的影响规律,结果显示当叶顶蜂窝的深度为1%相对叶高时,泄漏抑制效果最佳,间隙泄漏量相对平顶下降了10.96%。最后在此蜂窝参数的基础上对倾斜蜂窝的叶顶结构提出设想并进行计算分析。先探讨向不同方位倾斜的蜂窝叶顶的间隙泄漏控制效果,发现当蜂窝向与来流成0°角的方向倾斜时,比向其他方位倾斜的蜂窝叶顶的泄漏抑制效果更好,此方位倾斜的蜂窝叶顶可使泄漏量相对平顶减小15.31%。再对该方位倾斜的蜂窝腔进行不同倾斜角度对间隙泄漏控制效果的探究,发现蜂窝腔的倾斜角度与其泄漏控制效果也存在一定规律,随着蜂窝倾斜角的逐渐增大,它对泄漏流动抑制效果也逐渐增强。其中60°倾斜角的倾斜蜂窝叶顶相较平顶来说可将叶尖泄漏量相对减少17.26%,而出口截面能量损失相对减少了4.35%,间隙泄漏控制效果明显。