航空发动机涡轮轮缘封严数值模拟#br#

中国民航大学学报 ›› 2020, Vol. 38 ›› Issue (1): 13-18.

航空发动机涡轮轮缘封严数值模拟#br#

陶立权¹，马振¹，邱学旺²

（1. 中国民航大学适航学院，天津300300；2. 华夏航空有限公司重庆分公司，重庆401100）

收稿日期:2018-12-26 修回日期:2019-04-13 出版日期:2020-02-29 发布日期:2020-03-10
作者简介:陶立权（1978—），男，黑龙江牡丹江人，副研究员，硕士，研究方向为民用飞机及发动机适航审定。
基金资助:

Numerical simulation on aero-engine turbine rim sealing#br#

TAO Liquan¹, MA Zhen¹, QIU Xuewang²#br#

（1. College of Airworthiness, CAUC, Tianjin 300300, China;2.Chongqing Branch of China Express Airline Corp. Ltd., Chongqing 401100, China）

Received:2018-12-26 Revised:2019-04-13 Online:2020-02-29 Published:2020-03-10

摘要/Abstract

摘要： 航空发动机涡轮轮缘的封严对于保护轮盘腔室至关重要。为防止主流高温燃气进入轮盘腔室，需通入低温冷气对涡轮轮缘进行封严。采用二维RANS 模型和SST 湍流模型研究不同封严流量对封严效率的影响，并用压力参数法确定最小封严流量，研究不同封严层高度对封严效率的影响。结果表明：随着封严流量的增加，涡轮轮缘逐渐达到完全密封，涡轮轮缘封严效率增加；同时，腔内封严气体外流至主流，导致腔外主流压力增加，使封严气体对主流气体产生一定影响；封严气体充满轮盘腔，使高温主流气体很难进入轮盘腔，同时主流气体与封严气体在外层封严入口区域发生热交换，入口处主流气体温度显著降低，提高了封严效率；实验结果同时表明，不同封严层高度对封严效率基本没有影响。

关键词: 航空发动机, 涡轮轮缘封严, 封严层高度, 数值模拟

Abstract: Aero-engine turbine rim sealing is vital for rotor-stator system protection. In order to avoid main flow high temperature gas ingesting into rotor-stator system, it is necessary to induce low temperature gas inflow to rotorstator system. 2D RANS model and SST turbulence model are used to study the effect of different sealing flow on sealing efficiency, the minimum sealing flow is determined by pressure parameter method, the influence of different seal heights on sealing efficiency is studied. Results show that with the increase of sealing flow, the turbine flange is gradually sealed and the sealing efficiency of turbine rim increases. At the same time, the outflow of sealing gas from turbine cavity into mainstream results in the increase of mainstream pressure, which makes the sealing gas has a certain influence on the main stream. Because the sealing gas is filled with disk cavity, it is difficult for the high-temperature mainstream gas to enter the disk cavity, and the heat exchange between mainstream gas and sealing gas occurs in the entrance area of layer seal, which makes great change of temperature, mainstream gas and improves the sealing efficiency; meanwhile, experimental results show that
different sealing layer heights has no effect on sealing efficiency.

Key words: aero-engine, turbine rim sealing, seal height, numerical simulation

中图分类号:

V235.13

陶立权, 马振, 邱学旺. 航空发动机涡轮轮缘封严数值模拟#br#[J]. 中国民航大学学报, 2020, 38(1): 13-18.

TAO Liquan, MA Zhen, QIU Xuewang. Numerical simulation on aero-engine turbine rim sealing#br#[J]. Journal of Civil Aviation University of China, 2020, 38(1): 13-18.

参考文献 12

[1]	WANG CHENGZHANG, JOHNSON B V, JONG F D, et al. Comparison of flow characteristics in axial-gap seals for close-and wide-space turbine stages[C]//Proceedings of ASME Turbo Expo 2007, Montreal,Canada, May 14-17, 2007: 1219-1229.
[2]	JAKOBY R, ZIERER T, DEVITO L, et al. Numerical simulation of the unsteady flow field in an axial gas turbine rim seal configuration[C]//Proceedings of ASME Turbo Expo 2004, Vienna, Austria, Jun 14-17,2004: 431-440.
[3]	STEVE J, JULIE L, GUY D, et al. Simulations of flow ingestion and related structures in a turbine disk cavity[C]//Proceedings of ASME Turbo Expo 2010. Glasgow, UK, Jun 14-18, 2010: 1071-1080.
[4]	O’MAHONEY T S, HILLS N J, CHEW J W, et al. Large-eddy simulation of rim seal ingestion[C]//Proceedings of ASME Turbo Expo 2010.Glasgow, UK, Jun 14-18, 2010: 1155-1165.
[5]	GREEN T, TURNER A B. Ingestion into the upstream wheel space of an axial turbine stage[J].JournalofTurbo-machinery,1994,116(2):327-332.
[6]	孙纪宁, 罗翔, 刘金楠,等. 体积分数法测量几种转静系中的最小封严流量[J]. 航空动力学报, 2012, 27(5): 981-985.
[7]	周昆原, 罗翔, 徐国强. 旋转诱导燃气入侵的数值模拟[J]. 航空动力学报, 2011, 26(12): 2704-2709.
[8]	高庆, 陶加银, 宋立明,等. 涡轮轮缘密封封严效率的数值研究[J]. 西安交通大学学报, 2013, 47(5): 12-17.
[9]	SANGAN C M. Measurement of ingress through gas turbine rim seals[D].Bath: University of Bath, 2011.
[10]	陈懋章. 粘性流体动力学基础[M]. 北京: 高等教育出版社, 2002.
[11]	吴康. 燃气轮机高温透平转静轮缘封严与入侵的流动传热机理[D].北京: 清华大学, 2014.
[12]	SANGAN C M, SCOBIE J A, OWEN J M, et al. Experimental measurements of ingestion through turbine rim seals: part 3-single and double seals[C]//ProceedingsofASMETurboExpo2012,Copenhagen, Denmark,Jun 11-15, 2012: 1983-1995.

[1]	董科强 a, b, 刘敬娜 b. 基于顺序熵的时间序列复杂性分析[J]. 中国民航大学学报, 2026, 44(1): 91-96.
[2]	张莹, 王泽华, 梁帅, 罗睿敏, 王旭. T 型件激光熔覆的数值模拟 [J]. 中国民航大学学报, 2025, 43(4): 29-35.
[3]	何振鹏, 赵福星, 辛佳, 黎柏春, 葛畅, 刘鸿宇, 刘泉. 基于混合现实的航空发动机辅助维修学习系统 [J]. 中国民航大学学报, 2025, 43(4): 43-49.
[4]	黄帅, 高明, 黄敏, 高晨竣, 关雪飞. 航空发动机涡轮盘定寿及可靠性评估方法综述[J]. 中国民航大学学报, 2024, 42(4): 1-16.
[5]	曹惠玲, 成宝荣. 基于SelBagging算法的CFM56-7B发动机故障诊断[J]. 中国民航大学学报, 2022, 40(6): 18-23.
[6]	王志国. 航空发动机典型弯管的模态分析[J]. 中国民航大学学报, 2022, 40(6): 24-31.
[7]	吴晶峰, 陈义成, 王伟 . 航空发动机需求变更模型研究 [J]. 中国民航大学学报, 2021, 39(5): 55-60.
[8]	田静, 胡鹤翔. 基于 GA-LSSVM 的航空发动机气路故障诊断 [J]. 中国民航大学学报, 2021, 39(3): 29-33.
[9]	白杰 , 陈岩康 , 傅文广 , 孙鹏. 吞雨对航空发动机风扇气动性能的影响[J]. 中国民航大学学报, 2021, 39(3): 49-55.
[10]	杨坤, 孙晓楠. 航空发动机压力传感器故障影响仿真分析[J]. 中国民航大学学报, 2020, 38(5): 17-22.
[11]	曹惠玲, 汪晗. 静态不均匀涡轮叶尖间隙下发动机性能分析#br#[J]. 中国民航大学学报, 2020, 38(4): 17-20，36.
[12]	曹惠玲, 郑里鹫. 基于LMI 的小型涡扇发动机非线性稳态控制[J]. 中国民航大学学报, 2020, 38(3): 12-17.
[13]	白杰, 熊碰, 史磊. 航空发动机风扇转叶弯掠优化及气动特性分析[J]. 中国民航大学学报, 2020, 38(2): 7-12.
[14]	曹惠玲, 梁佳旺. 基于相似时间序列的航空发动机剩余寿命预测[J]. 中国民航大学学报, 2020, 38(2): 13-17.
[15]	瞿红春, 林文斌, 许旺山, 郭龙飞. 基于混沌PSO_Elman 网络的航空发动机基线挖掘#br#[J]. 中国民航大学学报, 2020, 38(1): 19-23.