摘要】为了研究某型压气机叶顶间隙对气动性能的影响，对该压气机的第7、8级开展了三维数值计算，考察了不同的叶顶间隙下压气机气动性能的变化规律。结果表明，当间隙增大时，端区泄漏流动增强，导致端区通流能力下降，叶栅中部的通流能力随之增强.各级压气机的压比减小，效率降低。
【关键词】压气机;叶顶间隙;数值模拟;气动性能
0.引言
叶顶间隙流动对压气机的气动性能影响重大_ll国内外学者针对叶顶间隙对压气机总体性能及间隙流动的特性与机理开展了深入研究，提出了许多损失模型.获得了比较满意的结果[3I。国外的学者Jefferson和Wellborn通过实验结合数值模拟.细致研究了叶顶间隙对低速多级轴流压气机整体性能的影响.结果表明在多级低速轴流压气机中，顶部间隙与叶高之比每增加1%.效率下降约1%。
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本文对某型压气机的第7.8级进行建模.通过三维CFD数值计算研究压气机叶片顶部间隙的变化对压气机整体气动性能的影响规律。
1.计算模型与数值方法
本文选取某型燃气轮机压气机的第7级和第8级为研究对象.图1为计算用的两级压气机模型与网格
所有计算均基于商业软件Numeca进行.网格划分采用Numeca的Auto—Grid模块，网格拓扑为HOH形式，网格总数为650万。壁面网格进行了局部加密，确保y+值小于3。求解器为Numeca的Fine/Turbo模块，湍流模型采用sA模型，差分格式选用具有二阶精度的TVD迎风格式，并采用多重网格法加速收敛。所有的计算按压气机设计工况给定边界条件，进口给定总温、总压和气流角，出I：1给定背压。
2.结果分析
2.1叶顶间隙对压气机整级效率和压比的影响
表1所示的是设计点附近效率和压比随间隙的变化规律从表中可以发现，随着叶顶间隙的增大.两级压气机和各级压气机的压比和效率都有所减小
2、3可以明显的看出动叶顶部间隙大小的变化并没有造成动叶的效率沿叶片展向的分布发生很大的变化.间隙变化前后具有相同的分布规律。但是在动叶上端壁处由于动叶顶部间隙增大而造成了间隙内的泄漏流动增强.进而引起动叶近上端壁处的效率减小。在R07的95%以上的叶高范围内.间隙增大造成的效率减小较为明显.最大减小了3-4个百分点：而R08的上端壁，由于间隙增大造成的效率减小也很明显。最大约减小1—2个百分点
2.2叶顶间隙对叶栅出口轴向速度的影响
图4给出了各列叶栅出I=1轴向速度沿叶高分布。从图中可以明显的发现叶片的径向间隙加大后在各列叶栅主流区的轴向速度都有所增大，而上下端壁的轴向速度减小。造成这种变化的主要原因是径向间隙的增加导致了间隙内泄漏流动的增强.泄漏涡强度增大.进而导致端区的通流能力减弱。又因为各级的流量相同，整个叶高范围内的总通流能力相同.端区的通流能力减弱必然造成主流区的通流能力的增强。
虽然轴向速度在总体的趋势上存在上述的变化规律.但是间隙增大带来的各列叶栅上轴向速度分布的具体变化还有一定的区别在R07和R08上可以很明显的看出上述的变化规律.由于动叶顶部间隙泄漏涡的强度增大导致了顶部通流能力减弱.主流区通流能力增强但是R07下端壁通流能力基本不变.而R08的下端壁通流能力明显增强了这主要是因为前一级静叶S07近下端壁处间隙泄漏流动造成的。在第一级静叶S07上，由于静叶叶根泄漏涡强度的增加.下端壁的通流能力减弱.主流区的通流能力增强，由于该级动叶叶顶间隙的影响紧靠上端壁处的通流能力有所增加。在第二级静叶S08上，由于前面各列叶栅间隙流动沿展向的影响范围增大和该列叶栅下端壁处的间隙泄漏流动增强，这两个因素共同作用使得在整个叶高上间隙变化造成的通流能力变化不大。
2.3叶顶间隙对叶栅三维流场的影响
图5和图6分别为各列叶栅在两个不同间隙下的吸力面极限流线从图中可以看出。R07和R08角区分离没有明显变化，S07和S08的角区分离范围随着间隙增加而增加。造成这种结果的主要原因是由于动叶叶顶间隙增加导致了泄漏流动和泄漏涡的增强，这一扰动传递到下游静叶端区.由于粘性及非定常效应.加剧了静叶端壁的二次流动.使得静叶角区的分离范围随之增加。
3.结论
本文以某型压气机的第7级和第8级为研究对象.通过数值计算分析了叶顶间隙的变化对压气机气动性能的影响规律结果表明.当叶顶间隙增大时，叶栅顶部泄漏流动增强，导致端区通流能力下降.角区分离范围随之增加.同时叶栅中部的通流能力增强.改变了压气机的匹配原则，并导致各级压气机的压比减小，效率降低。
