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航空发动机篦齿封严特性数值模拟

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直通式篦齿密封性能的数值模拟与试验研究

直通式篦齿密封性能的数值模拟与试验研究

直通式篦齿密封性能的数值模拟与试验研究张留祥;陈俊东;耿旭辉;王红;陈海焱【摘要】The internal flow of the straight labyrinth seal of superheated steam classifier rotor shaft was numerically sim-ulated by software FLUENT,and parts of the effect factors on straight labyrinth seal were studied.The results show that the leakage of labyrinth seal is obviously impacted by the pressure differential,and it is increased with the increase of pressure differential.The leakage of labyrinth seal is increased with the increase of the throttle gap width,but the relation is non-lin-er.Under the condition of the tooth profile angle is constant,the labyrinth seal cavity depth has great influence on the leak-age when it is less than 2 mm,and has little influence on the leakage when it is more than 2 mm.The speed of the rotating shaft has no influence on the leakage.The feasibility to calculating the leakage of labyrinth seal with numerical simulation method was validated by the experiments.%利用 FLUENT 软件对过热蒸汽分级机转轴的篦齿密封的内部流场进行数值模拟，对影响其性能的部分因素进行分析。

齿问环形凹槽结构对直通篦齿封严特性影响的数值研究

齿问环形凹槽结构对直通篦齿封严特性影响的数值研究
（ 南京航空航天大学 ， 江苏南京 摘 ２０ １ ） １０６
要 ： 运用重整化群 Ｒ Ｇ — Ｎ ｋｓ湍流模型和标准壁 面函数 ， 值分析 了不 同压 比下矩形 、 数 梯形 和平行 四边形等几种 齿
问环形 凹槽结构对直通篦齿封严结构的内部流动的影响 ， 与传统齿尖 开 口槽不同是 ， 该类 槽 与齿腔 正对 。结果表 明 ，
ｔｅｅｎｗ ｒｂｇｏｖｓｄｓ ｏｓ ｈ ｏｔ ｕ ｕ ｆｈ ｏｎ ａ ｙｒ ｆｈ ａ ｔ ｈｃ ａｓｔ ｔｅ ｅ ｅｉｎｏ ｔｅ ｅ ａｄｄ— ｈ ｓ ｅ — ｏｅ ｅｔ ｙ ｅｃｎｉ ｏｓ ｅｂ ｕｄｒ ｌ ｅ ｅｗ ｌｊ ｉｈｌ ｄ ｆｘｏ ｆ ｈ ｔ ｎ ｅ ｕ ｒ ｒ ｔ ｎ ｏｔ ｙ ａ ｏｔ ｌｅ ｗ ｅ ｏｈ ｄｌ ｊ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｗｉ ＮＧｋ ｅｕ ｂ ｌｎ ｅｍｏ ｅ ｎ ｔｎ ａ ｄ ｗ ｌ ｌｗ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｉ ｖ ｓｉａｉ ｎ ｏ ａ ａ ｅ ｅｆｃ ｓｏ ｅ ｔｎ ｌ ｔａ ｅ ｉ ｓｒ ｃ ： ｔ Ｒ ｈ — ｔ ｒ ｕ ｅ ｃ ｄ ｌ ｄ ｓａ ｄ ｒ ａ ｌ ａ ｕ ｒ ｌ ｎ ｅ ｔ ｔ ｆ ｅ ｋ ｇ ｆ ｔ ｆ ｃａ ｇｅ， ｒ ｐ ｚ— ａ ｃ ｇ ｏ ｌ ｅ ｒ Ｈ ａ ｄ ｐ ｒ ｌ ｌｇ ａ ｒ ｂ ｇｏ ｖ ｓｏ ｔａｇ ｔＴ ｒ ｕ ｈ Ｌ ｂ ｒ ｔ ｅ ｌ ｈ ｓ ｂ ｅ ｄ ，ｕ ｌ ｅ ｔ ｅ ｇ ｎ ｒ ｌｒ ｂ ｇ ｏ ｖ ｓｆ ｃｎ ｏ ｍ ｎ ａ ａｌ ｏ ｒｍ ｕ — ｒｏ ｅ ｎ Ｓ ｒ ｉｈ — ｈ ｏ ｇ ａ ｙ ｉ ｈ Ｓ ａｓ ａ ｅ ｎ ｍａ ｅ ｎ ｉ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ —ｒ ｏ ｅ ａ ｉｇ ｔ ｅ ｎ ｋ ｔｅ ｈ ｔ ｓ ｔｅ ｌｅ ｔ ｎ ｏ ｈ ｅ ｕ — ｒ ｏ ｅ ｓｏ ｈ ｔｔｒ ａ ｄ ｆｃ ｓ ｔ ｅ ｌｃ ｖｔ ｅｗｅ ｎ ｔ ｏ ｔｅｈ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｅ ｔ ｉ ｈ ｏ ａ ｉ ｆｔ ｅ ｎ ｗ ｒ ｂ ｇ ｏ ｖ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓａ ｎ ａ ｅ ｏ ｓ ａ ａ ｉ ｂ ｔ ｅ ｗ ｅ ｔ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｐ ｏ ｏ ｙ ｓ

篦齿结构磨损对封严性能的影响

篦齿结构磨损对封严性能的影响
篦 齿 结 构 磨 损 对 封 严 性 能 的 影 响 严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严
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摘 要：通过对一个 4 齿的台阶齿进行数值模拟，分析了上台阶流动和下台阶流动在不同压比、不同磨损下封严性能 的 变 化 。 结 果 表 明 ：齿 尖 前 缘 处 磨 损 对 封 严 性 能 有 不 利 影 响 ，在 所 模 拟 的 最 恶 劣 情 况 下 会 导 致 泄 漏 流 量 增 加 约 26.0%；而齿尖尾缘处磨损对封严性能有一定提升作用。衬套磨损对封严性能有不利影响，在一定深度范围内封严性 能随着磨损深度的增加而降低，但随着衬套磨损深度的继续增加封严性能的恶化趋于不变；而衬套磨损宽度的增加， 将造成封严性能持续下降。 关键词：航空发动机；篦齿封严；齿尖磨损；衬套磨损；泄漏系数；封严性能 中图分类号：V231.3 文献标识码：A 文章编号：1672-2620 (2019) 01-0030-08

基于群论算法的带阻尼套筒的篦齿封严结构模态分析

基于群论算法的带阻尼套筒的篦齿封严结构模态分析
一
个 重 复 扇 区进 行 特 征 值 的 约 化 处 理 ，极 大 的 减 少 了 单 元
和结点 数 目，提 高计算求解速 度．
１ 带 阻 尼 套 简 的 篦 齿 封 严 结 构 运 动 方 程
由于带 阻尼套简 的篦齿 封严 结构 具有循 环对称 性 的特 点 ，因此在模态 计算时 ，不 必进 行整 体建模 ，只在一 个 扇 区分析 即可 ．循环对 称结构 的振 动分 析方法 目前 主要有 三 类 … ：矩阵差分方 程法、循 环矩 阵法和群论 算 法．群论算 法最早应用于发动机 轮盘叶 片耦 合共 振分析 中
齿封严结构循环对称的特点 ，把特征值 约化 到一个重复扇 区进 行分析 ，并借助有 限元商 用程 序 Ａ Ｓ Ｓ进行特征 ＮＹ 值求解． 实践证 明 ，采用该方法可以极 大的减 少单元 和结点数 目，降低特征 方程 的求 解数 目，提 高计 算求解速
度 ，并 获得 较 好 的精 度 ．
关键词 ：群论 算法；阻尼套 筒；篦齿封严 ；周期对称
篦齿封严结 构是一种非接触 式封严 装置 ，广泛 的应用 于航空发动机 等叶轮 机械 中． 在使用 中 ，多次发 生篦齿 断 裂故障 ，危害很大．基 于此 ，工 程技术 人员 依据 经验 ，在 篦齿封严结构处 加装 了阻尼 套筒 ，用 于篦齿 封严结 构 的减 振 ． 目前为止 ，阻尼 套简对 篦齿 封严结 构模态 的影 响分 析 还未见于文献 ．基 于此 ，本 文对带 阻尼 套简 的篦齿封 严结 构 固有振动特 性进行 分析 ，利 用加装 阻尼套 简后 ，结 构 由 原来的轴对称变 为周期 对称 的特点 ，采 用群 论算 法 ，只在
Ｌ ｎ ＩＧａ ｇ．ＸＵ Ｃ ａ ｇ—ｓ ｕ ｈｎ ｈ ｎ．Ｌ Ｕ Ｎｉ ｇ—ｚ ｉ Ｉ ｎ ｌ ｌ

篦齿封严封油特性的数值与实验研究

篦齿封严封油特性的数值与实验研究

篦齿封严封油特性的数值与实验研究崔垒;李国庆;韩戈;胡嘉麟;郭宝亭【摘要】The seal is an important unit of gas turbine air system,which has a significant effect on gas turbine byrinth seal, being the most typical seal form, is widely used for sealing oil and air.The air sealing characteristics were investigated extensively in the last several decades.However, there are few studies on the oil sealing characteristics of labyrinth seal in open literatures.The oil leakage of five different labyrinth seal geometric constructions was acquired under six pressure differentials numerically and two of them were verified experimentally.Then the three-dimensional air flow field of sealing gas which is used to avoid oil leakage was analyzed to obtain the influence of pressure differential, number of teeth,tooth cavity size and angle of oil-swinging tooth upon oil sealing characteristics.As a conclusion,because of the effects on pressure distribution,turbulent kinetic energy loss and flow route, the oil sealing characteristics change regularly.Pressure differential of 5 kPa is optimum,four-tooth labyrinth reduces leakage by 6.2% than three-tooth labyrinth,bigger tooth cavity is helpful and oil-swinging tooth of 60°acts better.%封严是燃气轮机空气系统中的重要单元,其密封特性对燃气轮机性能有重要影响.篦齿作为最传统的封严结构,广泛承担着封油封气的作用.目前对篦齿的研究集中于其封气性能,对其封油特性较少涉及.本文对5种不同篦齿封严结构在6个封严压差条件下进行二维数值计算,得到滑油泄漏量,并取其中2种结构进行了实验验证.通过三维数值计算,对篦齿内部起封油作用的封严气流场进行分析,从而得出封严压差、齿数、齿腔大小、甩油齿角度等参数对篦齿封油特性的影响规律.研究发现,由于不同参数会对篦齿内部封严气的压力分布、湍动能耗散、流动路径等产生影响,篦齿的封油效果也将随参数的变化发生规律性变化.5kPa封严压差效果最佳,齿数4相对齿数3泄漏量平均减少6.2%,大齿腔更利于封油,60°甩油齿表现更好.【期刊名称】《燃气轮机技术》【年(卷),期】2017(030)001【总页数】7页(P41-47)【关键词】篦齿封严;封油特性;数值分析;实验【作者】崔垒;李国庆;韩戈;胡嘉麟;郭宝亭【作者单位】中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190;中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190;中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190;中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190;中国科学院工程热物理研究所 ,北京 100190【正文语种】中文【中图分类】V231.3篦齿封严作为典型的封严结构，广泛用于密封轴承腔中的滑油，以及用作控制内部空气流的限流装置[1]。

静子叶根篦齿泄漏流对某组合压气机性能的影响

静子叶根篦齿泄漏流对某组合压气机性能的影响

812022年6月下 第12期 总第384期工艺设计改造及检测检修China Science & Technology Overview0. 引言随着压气机压比及其平均级负荷的不断提高，采用篦齿封严结构的静子根部容腔泄漏流对高压压气机的性能影响不容忽视。

通过文献调研可知，篦齿间隙占叶片展高的比例每增加1%，可导致压比下降3%，效率下降1%～1.5%[1]。

Shabbir 等人[2]的研究表明，压升的降低是由于根部堵塞发生变化而非攻角的变化。

Demargne 等人[3]通过压气机平面叶栅研究了静子间隙流对主流的影响，其试验结果表明泄漏流量越大，越容易导致叶栅流动恶化，同时随着间隙流切向速度的增加，叶片排的流动会变好，由文献调研可知静子间隙泄漏流的影响不可忽视。

本文以某轴流离心组合压气机的轴流静子根部容腔为研究对象，研究静子根部间隙泄漏流对此压气机性能的影响。

1. 研究对象和方法本文对某带静子根部篦齿封严容腔结构高压压气机进行三维气动仿真，其高压压气机及静子根部容腔网格结构如图1所示。

根部容腔结构采用ICEM 进行非结构网格划分，见图2，总网格单元约为75.4万。

高压压气机采用AutoGrid 进行网格划分，总网格量约为56.8万。

此外，本文计算所采用的篦齿间隙为0.3mm，约占轴流静子叶高的0.76%。

进行数值模拟所用的软件为CFX 17.2，湍流模型选取标准K-epsilon 模型，Modified Linear Profile 二阶精度的离散格式。

进口边界设置在过渡段支板的进口，此处的气流条件按照标准大气设置，给定总温、总压和气流方向。

其中容腔结构与轴流静子的交界面定义为Frozen Rotor，如图2所示。

高压压气机转静子之间采用Stage(Mixing-Plane)设置；高压压气机出口给定静压边界条件。

图1 高压压气机+根部容腔结构的网格划分图2 根部容腔结构的网格划分2.数值模拟结果与分析在100%转速条件下，对带有静子根部篦齿封严容腔结构高压压气机进行三维气动仿真，并对仿真结果进行对比分析。

转静态台阶篦齿封严结构泄漏特性的数值研究

转静态台阶篦齿封严结构泄漏特性的数值研究
纪国剑;吉洪湖;王政伟
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2011(036)004
【摘要】运用数值方法研究篦齿盘旋转速度、篦齿与光滑衬套相对轴向位置等对上、下台阶斜齿封严结构的泄漏特性的影响.结果表明采用重整化群k-ε湍流模型
和标准壁面函数进行数值计算的结果与实验数据吻合较好;齿形结构参数相同时,上、下台阶篦齿的封严特性相当,泄漏系数比直通齿降低了30%,在不考虑转速和温度变化引起的间隙变化时,台阶篦齿的泄漏系数在高转速下随转速的增加线性下降;篦齿
与衬套轴向位置的改变对泄漏特性基本没有影响.
【总页数】4页(P73-76)
【作者】纪国剑;吉洪湖;王政伟
【作者单位】常州大学机械与能源工程学院,江苏常州,213016;南京航空航天大学
能源与动力学院,江苏南京,210016;常州大学机械与能源工程学院,江苏常
州,213016
【正文语种】中文
【中图分类】V231.3
【相关文献】
1.封严篦齿结构特性的数值分析和实验研究 [J], 王锁芳;吕海峰;夏登勇
2.台阶式篦齿封严特性的数值模拟 [J], 缪文静;王锁芳
3.齿间环形凹槽结构对直通篦齿封严特性影响的数值研究 [J], 纪国剑;吉洪湖;白花蕾
4.台阶式篦齿封严特性试验与数值研究 [J], 郭佳男;孙科;张浩;周超
5.转静态封严篦齿流场的数值分析和封严特性的试验 [J], 王锁芳;吕海峰
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基于能量法的篦齿封严环气弹稳定性数值研究

基于能量法的篦齿封严环气弹稳定性数值研究苏国征;孙丹;李玉;王志;任国哲【期刊名称】《推进技术》【年(卷),期】2024(45)5【摘要】针对航空发动机篦齿封严环气弹稳定性问题,采用基于三维插值及非定常动网格技术的能量法,建立了篦齿封严环气弹稳定性数值求解模型。

在验证数值方法准确性的基础上,研究了供气压力、转速和进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性的影响,分析了篦齿封严环气动力、气动功分布特性,揭示了进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性的影响机理。

研究表明:在本文研究中,外篦齿封严环相对于内篦齿封严环更易发生气弹失稳;随供气压力增加,外篦齿封严环气弹稳定性呈现降低趋势,当供气压力为0.55 MPa和0.7 MPa时,外篦齿封严环存在气弹失稳的风险;转速2000r/min和4000 r/min相对于6000 r/min具有更大的气弹失稳风险。

相比于360°圆周进气,90°圆周进气的外篦齿封严环气动力存在相互抵消的耦合作用,所以90°圆周进气的外篦齿封严环具有较高的气弹稳定性。

篦齿封严环在发生气弹失稳时,齿腔底部做功占总气动功百分比会显著增加,故在进行结构优化时,可改变齿腔底部的结构参数以对篦齿封严环气弹稳定性进行改善。

【总页数】10页(P187-196)【作者】苏国征;孙丹;李玉;王志;任国哲【作者单位】沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室;沈阳航空航天大学沈阳市透平机械先进密封技术重点实验室【正文语种】中文【中图分类】V233.1【相关文献】1.篦齿封严封油特性的数值与实验研究2.基于正交法的直通篦齿封严齿形几何参数对换热特性影响的试验研究3.基于数值模拟的矩形凹槽对直通型篦齿封严特性影响研究4.篦齿封严气弹稳定性影响因素研究5.周向进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性影响研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

燃气轮机篦齿封严特性的数值分析

第63卷第2期2021年4月汽轮机技术TURBINE TECHNOLOGYVol.63No.2Apr.2021燃气轮机篦齿圭寸严特性的数值分析贾新旺，刘飞，蔡其波(中船重工第七◦三研究所无锡分部，无锡214151)摘要:篦齿封严是燃气轮机设计过程中最普遍采用的一种非接触式密封装置。

采用Fluent软件,数值分析齿数、齿隙、齿腔深度、齿距及齿宽等结构参数对篦齿封严特性的影响。

结果表明，在保持篦齿其它结构参数不变时:增加齿数可以显著降低泄漏系数，但齿数达到4个后，泄漏系数减小幅度变小;减小齿隙或增大齿距均可以降低泄漏系数;篦齿齿腔深度存在临界值，低于该值时泄漏量会随着深度增加而降低,但超岀该值后，增加深度反而不利于封严效果;增大齿宽也能降低泄漏系数,但效果不明显。

此外，气流经过第一个齿腔后,压力系数会大幅下降，因而首个篦齿对整体的封严性能影响最大。

数值结论可以为篦齿封严设计提供参考依据。

关键词:燃气轮机;篦齿结构;封严特性;数值分析分类号:U664.1文献标识码:A文章编号：1001-5884(2021)024111_04Numerical Analysis of Gas Turbine Labyrinth Sealing CharacteristicsJIA Xin-wang,LIU Fei,CAI Qi-bo(Wuxi Division,No.703Research Institute of CSIC,Wuxi214151,China)Abstract:Labyrinth gas seals are the most commonly used non-contact seals in the design process of gas turbines.In this paper,the influence of structure parameters such as tooth number,tooth clearance,tooth depth,tooth pitch and tooth width on labyrinth gas seals is analyzed by Fluent software.The results show that the leakage coefficient can be reduced by increasing the number of tooth,but when the number of tooth reaches4,the decrease range of the leakage coefficient becomes smaller；the leakage coefficient can be reduced by reducing the backlash or increasing the pitch；There is a critical value for the depth of the labyrinth cavity,below which the leakage will decrease with the increase of the depth,but beyond this value,the increase of the depth is unfavorable to the sealing effect,and the increase of the tooth width can also reduce the leakage coefficient,but the effect is not obvious.In addition,the pressure coefficient will decrease greatly after the airflow passes through the first tooth cavity,so the first tooth has the greatest influence on the sealing performance of the whole.The numerical results can be used as a reference for the design of labyrinth gas seals.Key words:gas turbines；labyrinth gear structure；seal characteristics；numerical analysis0前言篦齿封严是燃气轮机中最广泛使用的一种非接触式流阻密封装置［1］。

航空发动机篦齿封严特性数值分析

航空发动机篦齿封严特性数值分析
徐再清;朱惠人;白江涛
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2008(000)006
【摘要】为了解航空发动机空气系统中封严篦齿的流动及封严情况,采用数值模拟方法对二维蓖齿封严特性进行研究.使用商业软件FLUENT6.3对直通型蓖齿齿数N 为3、5、7、9,间隙比t/c为0.5、1、2时不用工况下进行计算,得出各种情况下流量系数随压比变化关系.主要结论为:流量系数随压比的增加而增大;齿数N越多,封严效果越好;缝隙越小,间隙比t/c越大,封严效果越好.同时比较了齿数N为3时的直通型与非直通型封严效果,得出非直通型封严效果更好.
【总页数】3页(P31-33)
【作者】徐再清;朱惠人;白江涛
【作者单位】西北工业大学动力与能源学院,西安,710072;西北工业大学动力与能源学院,西安,710072;西北工业大学动力与能源学院,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TH12;V23
【相关文献】
1.封严篦齿结构特性的数值分析和实验研究 [J], 王锁芳;吕海峰;夏登勇
2.航空发动机篦齿封严特性数值模拟 [J], 赵海刚;刘振侠
3.直通式篦齿封严特性的数值分析和试验研究 [J], 王鹏飞;郭文;刘玉芳;刘波;杨军
4.燃气轮机篦齿封严特性的数值分析 [J], 贾新旺;刘飞;蔡其波
5.转静态封严篦齿流场的数值分析和封严特性的试验 [J], 王锁芳;吕海峰
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从图 3 中可以看出， 齿腔中的流动大体可分为 两个区：射流区和涡流区。 射流区分布在顶板下部， 流体以较高的速度射向下一个齿腔。涡流区，也就是 回流区，此区位于齿腔中部，流体的速度方向和大小 都发生了明显的变化。回流区的形成，是由于气流流 过齿隙后在射流区的速度较大， 经过齿腔时带动腔 内流体做旋涡运动所致。
图 3 主齿腔内速度矢量图 Fig.3 Velocity vector of first cavity in sealing labyrinth
3.1 计算模型的建立
其二维计算模型见图 2。 模型主要由 5 个直通
0.20
篦齿和 4 个齿腔组成，左端为进口，右端为出口。
0.15
T=20 mm B=200 mm
图 7 为 Re=40 000，T/C 分别为 2.0、1.0、0.5 时篦 齿 顶 板 局 部 换 热 系 数 （Hf）的 计 算 结 果 和 实 验 结 果 。 从 图中可以得出：首先，随着 T/C 的增大，换热系数明 显呈上升趋势。分析可知，当间隙减小时齿腔中气流 速度增大，加强了气流与篦齿顶板的换热，同时也使 流体得到了更多的热量而受热膨胀， 加大了流体内 部摩擦，使流体间的质量交换增加，从而提高了篦齿 的密封性能，减少了泄漏。 其次，顶板的换热系数从 前到后逐渐下降， 而且随着 T/C 的增大下降趋势越 发明显。 计算结果与实验结果相比， 其变化规律一 致，数据吻合基本较好。 T/C 较大时误差相对较大的 原 因 主 要 是 k－ε 湍 流 模 型 在 模 拟 腔 室 流 动 时 有 一 定的缺陷， 但不影响本文计算结果在实际篦齿设计 和分析中的应用性。 4.3 雷诺数对篦齿腔流动和换热的影响
1 引言
在现代航空动力装置中， 封严篦齿作为重要的 密封元件得到了非常广泛的应用， 其密封性能也极 大地影响着发动机性能的发挥[1]。 目前，已有不少学 者从静态旋转、 热边界以及结构等角度研究了封严 篦齿的密封机理[1～6]。
本文将数值计算和实验研究相结合，从雷诺数、 齿顶宽与齿隙之比影响篦齿腔内流动状态和篦齿顶 板换热的角度， 对齿腔中流动规律和特点以及篦齿 齿腔换热特性进行了深入的探讨和研究， 通过多种
采用标准 RNG k－ε 湍流模型、非结构化网格和 SIMPLE 算法来模拟篦齿腔内流动及换热特性。
计算中解的收敛判断标准：变量残余小于 1×10-4， 进出口流量不平衡率控制在 0.5%。
以雷诺数和 T/C 的变化作为模拟工况来进行篦 齿内部流动的速度场、压力场、压降损失及换热系数 的计算。 其中雷诺数定义为：
different T/C
第 23 卷
燃气涡轮试验与研究
29
0
0.20
-400
0.20
p/Pa
-800
-1200 -1600
T/C=0.5 T/C=1.0 T/C=1.3 T/C=2.0 Re=40 000
1
2
3
4
5
X
图 6 不同T/C 下篦齿的压降图
Fig.6 Pressure loss in five positions of sealing labyrinth with
Abstract： In order to investigate the performance of the straight sealing labyrinth at static state in aeroengine, model of straight sealing labyrinth was established and applied to compute the flow characteristics and heat transfer in the straight sealing labyrinth. With the result of numerical simulation, the effect of Reynolds numbers and T/C on flow field, pressure lost, coefficient of heat transfer was studied. By comparing some group results of numerical simulation and experiments data, it is found the numerical results are in agreement with experimental data and the error can be acceptable. The results show that the Reynolds number and T/C affect the flow characteristics and heat transfer in the straight sealing labyrinth and thus are important factors in deciding the sealing performance of straight labyrinth. Key words： aero-engine；straight sealing labyrinth；Reynolds number；heat transfer coefficient
Re=40 000 C=20 mm V
0.45 0.50
y/m
0.20
0.15
y/m
0.10
0.05
Re=40 000
C=40 mm
0
V
0.35 0.40 0.45 0.50
x/m
图 5 不同T/C 下主齿腔中速度等值线图
Fig.5 Velocity contours of first cavity in sealing labyrinth with
工况的计算与分析， 得到了雷诺数和齿顶宽与齿隙 之比对篦齿封严性能影响的规律， 并得出几点具有 工程价值的结论。
2 实验装置与测量方法介绍
此次实验在吸气式风洞中完成， 整个实验装置 分为进口段、均匀段、实验段、恢复段和收缩段 5 个 部分。 其中实验段示意图如图 1 所示： 由尺寸放大 30 倍的 5 个直通齿和 4 个齿腔组成。齿高 H 为 200 mm，齿距 B 为 200 mm，齿 顶 宽 T 为 20 mm，齿 隙 C
0.15
y/m
实验中采用圆柱三孔针旋转法来测量流场中的 压力，通过测量的总压、静压、速度偏转角计算 x 方 向和 y 方向的速度分量。
在进行篦齿腔顶板换热实验时， 将篦齿封严顶 板覆盖加热带， 通电使其表面形成等热流密度的边 界条件。
3 数值计算模型与方法
0.10
0.05
0 0.35 0.40 0.45 0.50 x/m
y/m
0.10
H=200 mm C
图 2 二维模型示意图 Fig.2 Sketch of 2D model
3.2 计算边界条件及计算方法 进出口边界条件： 采用压力进口和压力出口条
件，进出口总温取 300 K。 固体壁面：采用标准壁面函数处理。在腔内流场
模拟时壁面设为绝热条件， 在换热模拟时取模型上 壁面部分为热边界条件。
第 23 卷 第 1 期
26
2010 年 2 月
燃气涡轮试验与研究 Gas Turbine Experiment and Research
Vol.23,No.1 Feb.,2010
航空发动机篦齿封严特性数值模拟
赵海刚 1， 刘振侠 2
(1. 中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089； 2. 西北工业大学 动力与能源学院，陕西 西安 710072)
0.20
y/m
y/m
0.15
0.10
0.05 0
0.20
0.35
0.40 x/m
Re=40 000 C=10 mm V
0.45 0.50
0.15
0.10
0.05 0
0.35
0.40 x/m
Re=40 000 C=15 mm V
0.45 0.50
0.20
0.15
0.10
0.05 0
0.35
0.40 x/m
4 计算结果与分析
4.1 典型工况下篦齿腔 mm)工况
下模拟的流场分布最具代表性。 图 3、图 4 分别为这 一工况下主齿腔(第一齿腔，下同)内的速度矢量图 和压力等值线图(压力单位为 Pa)。
12 mm 0.20
图 1 实验段直通篦齿分布图 Fig.1 Location of straight labyrinth in experiment section
取 T/C=1.0(C=20 mm)，Re 分别为 40 000、30 000、 20 000、15 000 的工况， 来模拟篦齿主齿腔的流动和 换热。
图 8 为不同雷诺数下篦齿主齿腔中的速度等值 线图。 从图中曲线分布可以看出，在相同 T/C 下，随 着雷诺数的减小，射流区的速度明显减小;同时，由 于射流区对于涡流区引射作用的减弱， 导致涡流区 的转速减小，速度等值线分布紊乱程度增加。由分析 可知， 齿腔内流动能力的减弱降低了流体在腔中的 流动损失，不利于整个篦齿的封严节流。
Numerical Analyses for the Performance of Straight Labyrinth Seal of Aircraft Engine
ZHAO Hai-gang1， LIU Zhen-xia2
(1. Chinese Flight Test Establishment， Xi’an 710089， China；2. College of Power and Energy， Northwestern Polytechnical University， Xi’an 710072， China)
图 6 为不同 T/C 下封严篦齿压降的变化情况(X 轴的 1、2、3、4、5 点分别表示 5 个篦齿齿顶的中心位 置，图 9 同)。 从图中可以发现，在相同的雷诺数下， 随着 T/C 的增大(即密封间隙减小)，封严篦齿压降明 显增大，说明篦齿的节流封严效果在增强；前两个齿 腔的压降在整个篦齿段压降中占有很大的比例，对 节流封严起主要作用。