内封严流对预旋供气系统性能影响的实验研究
收稿日期: 2023-12-28
修回日期: 2024-01-22
录用日期: 2024-02-29
网络出版日期: 2024-03-13
基金资助
国家自然科学基金(52476091);航空发动机及燃气轮机基础科学中心项目(P2022-A-II-007-001);中国博士后科学基金(2023M742834)
Experimental study of inner seal flow effect on pre-swirl air supply system performances
Received date: 2023-12-28
Revised date: 2024-01-22
Accepted date: 2024-02-29
Online published: 2024-03-13
Supported by
National Natural Science Foundation of China(52476091);Science Center for Gas Turbine Project(P2022-A-II-007-001);China Postdoctoral Science Foundation(2023M742834)
预旋供气系统在航空燃气涡轮发动机中承担着为涡轮转子叶片提供冷气的作用。为获得内封严流对预旋供气系统的影响规律，搭建了高压比高转速的预旋供气系统实验平台。通过测量系统各关键截面的压力、温度等参数，分析了内封严进气和出气流量对预旋供气系统的压力、温度分布及系统功耗、温降效率的影响规律，并针对内封严进气对预旋供气系统可能产生的不利影响，提出了一种用于将内封严流引出的旁通结构。结果表明，内封严出气对预旋供气系统影响较小，在实验工况下，系统温降效率最大变化不超过1.9%；内封严进气会对预旋供气系统产生显著负面影响，在压比为1.6的工况下，内封严进气流量增大时温降效率最大降低了20.4%；内封严旁通结构可以有效阻止内封严流在预旋腔内与主流的掺混，并可降低预旋腔内的压力和温度，在压比1.6、内封严占比15%的工况下，气流做功量提高了37.8%，系统温降效率提高了28.2%。
张越 , 刘高文 , 李鹏飞 , 张晓泽 , 林阿强 . 内封严流对预旋供气系统性能影响的实验研究[J]. 航空学报, 2024 , 45(20) : 130038 -130038 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2023.30038
The pre-swirl air supply system plays a crucial role in providing cooling air for the turbine rotor blades in aviation gas turbine engines. To investigate the influence of the inner seal on the pre-swirl air supply system， a high-pressure ratio and high-speed pre-swirl air supply system experimental platform is established. After measurement of parameters such as pressure and temperature at various critical sections of the system， the impact of inner seal inflow and outflow on the pressure and temperature distribution of the pre-swirl air supply system， as well as the system power consumption， temperature drop efficiency， is analyzed. In response to the potential adverse effects of the inner seal inflow on the pre-swirl air supply system， a bypass structure is proposed to divert the inner seal flow. The results indicate that the impact of the inner seal outflow on the pre-swirl air supply system is relatively small， with the maximum variation of the temperature drop efficiency not exceeding 1.9% under experimental conditions. The inner seal inflow， on the other hand， can have a significant negative impact on the pre-swirl air supply system. Under the condition of a pressure ratio of 1.6， the maximum reduction in temperature drop efficiency reached 20.4% with an increase in the inner seal inflow. The inner seal bypass structure can effectively prevent the mixing of the inner seal flow with the mainstream in the pre-swirl cavity， reducing the pressure and temperature in the pre-swirl cavity. Under the condition of a pressure ratio of 1.6 and the inner seal accounting for 15%， the power output of the airflow increased by 37.8%， and the system temperature drop efficiency increased by 28.2%.
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