支撐板構型提升燃氣輪機排氣擴壓器氣動性能研究

燃氣輪機作為一種重要的熱功轉換設備,具有結構緊湊,熱效率高等特點。排氣擴壓器作為燃氣輪機的核心部件之一,可以將動力渦輪出口燃氣的部分動能經(jīng)過減速擴壓過程轉化為排氣擴壓器出口的靜壓(一般為環(huán)境壓力),進而降低動力渦輪出口背壓,提升動力渦輪的膨脹比,增加動力渦輪的功率輸出

。Farokhi的研究結果表明,排氣擴壓器的靜壓恢復系數(shù)每增加0.1,燃氣輪機整機的功率輸出可提升0.8%

。如今,諸如燃燒室、渦輪等部件已具有相當高的效率,進一步提升這些部件效率的成本和難度均較大,而排氣擴壓器氣動性能的提升仍有相當大的余地。在這種背景下,探究提升排氣擴壓器氣動性能的方法具有重要的意義。

燃氣輪機在實際運行過程中,渦輪旋轉效應和葉頂間隙泄漏流及動葉尾跡流均會對排氣擴壓器入口及內部流場產(chǎn)生顯著影響

。文獻[4-6]分別實驗和數(shù)值研究了進口旋流對燃氣輪機排氣擴壓器氣動性能的影響,結果表明適當?shù)倪M氣預旋有利于改善排氣擴壓器外殼體壁面的流動分離,進而提升其靜壓恢復能力,但進氣偏轉角大于20°后,排氣擴壓器的氣動性能會顯著下降。Hirschmann等實驗測量了排氣擴壓器進口總壓分布對排氣擴壓器氣動性能的影響,研究表明合適的進口總壓分布有利于提升排氣擴壓器的靜壓恢復性能

。Volkmer等采用上游殼體壁面的間隙射流和下游輪轂壁面的科恩達射流來抑制排氣擴壓器內的流動分離,取得了良好的效果