間隙變化對輪緣密封泄漏流動特性的影響

摘要：為研究間隙變化對輪緣密封泄漏特性的影響，搭建了輪緣密封泄漏特性實驗臺，測量了壓比為1.1～1.5時輪緣密封在軸向與徑向間隙各變化±10%和±20%時的泄漏量，采用數值方法分析了軸向與徑向間隙變化對泄漏流動特性的影響機理。結果表明：輪緣密封的泄漏量與泄漏系數均隨壓比的增大而增大，但增大的趨勢減緩，其中泄漏系數隨壓比增大而減緩的趨勢更顯著；當壓比從1.1增大到1.3時，泄漏系數增大約35.8%，而壓比從1.3增大到1.5時流量系數僅增大17.3%； 密封齒重疊部分是輪緣密封中影響泄漏性能的主要結構，相同條件下變徑向間隙比變軸向間隙對輪緣密封泄漏性能影響更大；相對于設計尺寸下的泄漏量，軸向間隙每增大10%，泄漏流量平均增大2.0%；徑向間隙每增大10%，泄漏流量增大5.4%。

關鍵詞：燃氣透平；輪緣密封；泄漏；徑向間隙；軸向間隙

中圖分類號：TK263.2 文獻標志碼：A

DOI：10.7652/xjtuxb202505012 文章編號：0253-987X（2025）05-0120-10

Impact of Clearance Variation on Leakage Flow Characteristics of Rim Seals

LI Wenhao， XU Lei， WANG Ziqi， HE Kun， YAN Xin， LI Jun

（School of Energy and Power Engineering， Xi’an Jiaotong University， Xi’an 710049， China）

Abstract：To study the impact of clearance variation on the leakage characteristics of rim seals， a test rig on measuring rim seal leakage performance is established. The leakage flow rates of the rim seal are measured when the pressure ratio ranges from 1.1 to 1.5， with axial and radial clearances varies by ±10% and ±20%， respectively. Numerical methods is used to analyze the mechanism of how axial and radial clearances variations affect the leakage flow. The results indicate that both the leakage rate and leakage coefficient of the rim seal increase with increasing the pressure ratio， but the increment rate slows down with the increase of pressure ratio. Notably， the trend of leakage coefficient slowing down with the increase of pressure ratio is more pronounced. As the pressure ratio increases from 1.1 to 1.3， the leakage coefficient is increased by approximately 35.8%， while the leakage coefficient is only increases by 17.3% as the pressure ratio increases from 1.3 to 1.5. The overlapping section of seal teeth is the main structure that affects the leakage performance of the rim seal. Hence， under the same conditions， the variation of radial clearance has a greater impact on the leakage performance of rim seal than the variation of axial clearance. Compared to the leakage rate at the design size， a 10% increase in the axial clearance would result in an average increase of 2.0% in the leakage flow rate， while a 10% increase in the radial clearance would result in an average increase of 5.4% in the leakage flow rate.

Keywords：gas turbine; rim seal; leakage; radial clearance; axial clearance

現代燃氣輪機渦輪進口溫度已超過2 000K，超出了最耐高溫材料的承受極限^［1］。為應對高溫燃氣的不利影響，通常引入冷卻空氣至渦輪盤腔使其免燃氣侵害。然而，冷卻空氣的過量使用會降低主流燃氣溫度和發動機效率。輪緣密封技術能夠有效減少冷卻空氣泄漏至主流，并阻止高溫燃氣入侵盤腔，提升渦輪的安全性和可靠性，延長其壽命^［2-5］。在燃氣輪機運行時，軸向氣動推力、高溫熱負荷及部件膨脹導致輪緣密封的軸向和徑向尺寸發生復雜變化，影響密封性能。因此，探究間隙尺寸變化對輪緣密封泄漏性能的影響，對于確保燃氣輪機安全運行和提高整機效率至關重要。

國內學者采用數值方法對輪緣密封問題進行了深入研究。高慶等^［6］通過數值方法分析了渦輪徑向輪緣密封封嚴效果與密封結構參數的關系，發現輪緣密封封嚴效率隨著徑向間隙的減小而升高，且在相同結構參數下，迎風齒結構更有助于提高輪緣密封封嚴性能。孔祥林等^［7］使用ANSYS CFX軟件、shear stress transport （SST）湍流模型對輪緣密封的性能進行了計算，分析了變動靜間距和軸向密封間隙對燃氣入侵和封嚴效率的影響，發現變動靜間距對主流燃氣的影響較大，但減小密封間隙能夠減少主流燃氣入侵從而提高封嚴效率。白濤等^［8］數值研究了斜向角度對輪緣密封結構泄漏特性的影響，發現斜向角度增加30°，封嚴效率最大下降44%。程舒嫻等^［9-10］建立了輪緣密封的整周模型，數值分析了單級軸流透平輪緣密封的流動與封嚴性能，發現盤腔內封嚴效率隨著冷氣量的增大而周向波動，但無周期性變化規律，但壓力波動存在明顯的周期性。李志剛等^［11-12］采用數值方法研究了密封間隙、壓比、轉速對迷宮密封泄漏特性的影響，并搭建了迷宮密封泄漏特性旋轉試驗臺，對典型迷宮密封結構的泄漏量與腔室壓比進行了實驗測量。Cheng等^［13］設計了7種帶槽的輪緣密封并與傳統密封的封嚴性能進行對比，數值計算結果表明帶槽結構能有效提高密封效果。

國外由于起步時間較早，在數值與實驗方面對輪緣密封結構的封嚴性能研究較深入。Zhou等^［14］在渦輪級實驗臺上研究了3種輪緣密封腔縱橫比的輪緣密封結構的封嚴性能，使用CO₂示蹤與粒子成像測速（PIV）方法研究了腔室內部的流場形態，實現了密封區域復雜流動的可視化。Owen^［15-16］提出了主流燃氣侵入渦輪盤腔的兩種機制：旋轉入侵和外部入侵，并推導了侵入盤腔燃氣流量與進口流速關系的經驗公式。Dunn等^［17］采用實驗測量與仿真模擬的方法對單級燃氣輪機模型的流量特性進行了研究，采用Spalart-Allmaras以及realizable k-ε湍流模型準確預測了具有預旋渦流吹掃的轉-靜子腔內的靜壓與切向速度分布，結果顯示，靜子葉片每個節距的壓力和速度呈現對稱分布。Sangan等^［18］通過開展輪緣密封實驗并對大量實驗數據進行分析，評估了動-靜子雙側密封的優勢，并從基本理論模型出發得出了相應的經驗公式，可以使用兩個經驗參數計算出具有類似級內速度三角形的渦輪機進口壓力與輪緣密封效果的關系。Scobie等^［19］在渦輪實驗臺上使用CO₂濃度檢測方法得到了輪緣密封結構密封盤腔內的流場結構，定量得到了其在不同流量下的封嚴效率。Popovíc等^［20］對不同幾何形狀的輪緣密封的封嚴性能進行了對比研究，確定了影響密封效果與主流燃氣入侵特性的幾個關鍵幾何因素。Green等^［21］采用數值計算與實驗相結合的方法分析了非穩態下輪緣密封結構主流燃氣入侵盤腔與冷氣匯入主流的主要機理，并研究了輪緣密封結構燃氣入侵對上下游流場的影響，發現冷氣的引入僅對葉片下游5%區域的靜壓有影響。Balasubramanian等^［22］在1.5級軸流空氣渦輪實驗臺上開展了輪緣密封主流入侵特性研究，實驗表明主流流量越大，轉速越高，燃氣入侵現象越明顯。

綜上所述，國內關于輪緣密封泄漏流動性能的研究主要依賴于數值模擬方法，而采用實驗手段探究不同密封間隙下泄漏問題的報道相對較少。此外，對于密封間隙如何影響泄漏流動機制的理解尚顯不足。本文針對某型燃氣輪機渦輪第三級動葉后盤腔的輪緣密封結構^［23］，通過實驗與數值計算相結合的方法，系統地分析了徑向和軸向間隙變化對輪緣密封泄漏特性的影響及其封嚴機理。本研究旨在為提升燃氣輪機輪緣密封的封嚴性能及優化其結構設計提供數據支撐與理論依據。

1 實驗系統與模型

1.1 實驗系統概述

圖1是輪緣密封泄漏特性實驗系統示意圖。實驗系統由壓縮機氣源（0.7 MPa，2 kg/s）、管路、壓力調節閥、10XJ-YH智能流量計（精度±1%）、整流段、實驗段、數據采集設備及采集終端組成。實驗通過調節與壓縮機出口相連的壓力調節閥的開度來控制實驗段進口總壓P^*₀，記錄環境壓力P₁即可得到實驗壓比π（π=P^*₀/P₁）。實驗系統通過三孔探針、K型鎧裝熱電偶、靜壓管分別測量進口總壓P^*₀、進口總溫T^*₀、腔室靜壓p₁～p₆。其中：壓力信號通過型號為3051CD、3051GP的羅斯蒙特壓電轉換器轉換為電信號被計算機終端采集，測量誤差為±0.075%； 溫度信號通過NI采集轉換為數字信號傳輸給計算機，測量誤差為±1 ℃。

實驗開始時，先記錄下當地環境壓力，然后打開螺桿壓縮機，通過調節旁通閥到合適的開度使得實驗壓比在1.1附近（誤差±3%），待流量計示數穩定后，記錄下通過實驗件的流量并同時記錄熱電偶示數。分別調節實驗壓比為1.1、1.2、1.3、1.4、1.5，測量不同徑向間隙和軸向間隙下輪緣密封實驗件的泄漏流量特性，并進行正逆行程實驗保證實驗結果的準確性。圖2給出了實驗系統的實驗臺照片。

圖3為實驗段結構示意圖。實驗時，先將靜葉側與動葉側密封齒與側板連接并用螺絲固定，再將其安裝在進出口段上，最后將靜壓管插入側板預留的靜壓孔即可開始實驗。

1.2 實驗模型

圖4給出了輪緣密封在燃機中的位置及本研究的實驗件示意圖。為便于進行實驗研究，將原輪緣密封尺寸等比例縮小4倍設計實驗件。圖中給出了實驗件的主要結構尺寸及靜壓測點位置，其中c為軸向間隙，w為徑向間隙，A-A截面為重疊密封齒間隙截面。設計尺寸下，c=4.88 mm，w=3.15 mm，將其分別擴大和縮小10%、20%得到不同間隙尺寸的輪緣密封結構。本實驗研究了間隙尺寸變化時輪緣密封的泄漏特性變化規律，以驗證數值計算結果的可靠性。

1.3 不確定度分析

本實驗的壓力測量不確定度上文已給出，為0.075%，由誤差傳遞公式可得到壓比的不確定度。誤差傳遞公式為

Δf（x₁，x₂，…，x_n）=∑ni=1?f?x_iΔx_i²（1）

式中：f（x₁，x₂，…，x_n）為n個直接測量量x_i組成的間接測量；Δx_i為直接測量量x_i的直接測量誤差；Δf為合成的間接誤差。

由誤差傳遞公式可得壓比π的不確定度計算式為

Δππ=ΔP^*₀P^*₀²+ΔP₁P₁²（2）

動葉側與靜葉側密封齒實驗件組裝得到密封間隙的精度為0.1 mm。本實驗各項參數的不確定度如表1所示。

2 數值方法

圖5為輪緣密封的三維計算域模型及結構化網格示意圖。采用商用軟件ANSYS ICEM生成結構化網格，對壁面附近網格進行加密，保證y⁺lt;1，以準確捕捉到邊界層內流動，滿足湍流模型計算要求。

表2為輪緣密封數值計算的邊界條件和幾何參數，給定進口總溫與出口靜壓。動靜葉側密封齒與側板均采用絕熱無滑移邊界條件。

本文采用SST湍流模型來求解三維Reynolds averaged Navier-Stokes（RANS）方程，采用商用CFD軟件ANSYS CFX 18.0作為求解器對網格模型進行求解。為使計算結果更加準確，計算使用的工質為25℃空氣，近壁面區采用改進壁面函數法，固壁面視為絕熱、光滑壁面，采用高精度離散模型。當動量方程的殘差數量級達到10^－6、連續方程的殘差數量級小于10^－6、進出口流量差小于0.1%時，認為計算結果收斂。

2.1 網格無關性驗證

選取設計尺寸輪緣密封結構為計算模型，在壓比為1.3時，分別選取網格數為300萬、600萬、900萬以及1 350萬的計算模型，以輪緣密封泄漏流量為考核指標，進行網格無關性驗證，計算結果如表3所示。可以看出，當網格數為900萬時，出口泄漏量相對偏差為0.552%，可視為網格無關，且繼續增加網格數對出口泄漏流量的影響已經很小，為節省計算資源提高計算效率，選取網格節點數為900萬。

2.2 數值方法有效性驗證

以設計尺寸的輪緣密封結構作為計算模型開展數值研究，以壓比為1.1～1.5下的質量流量作為考核指標，與實驗結果進行對比，分析湍流模型的有效性，其結果如圖6所示。可以看出，3種湍流模型計算的質量流量均隨壓比的增大而增加，各個湍流模型計算結果與實驗結果的平均相對誤差分別為4.076% （SST模型）， 4.926% （k-ε模型）， 9.659% （RNG k-ε模型）。故在后續的變間隙數值計算中均采用SST湍流模型。

3 結果分析與討論

3.1 不同間隙下輪緣密封泄漏實驗結果分析

圖7和圖8分別為不同軸向與徑向尺寸下輪緣密封泄漏流量的實驗與計算結果。從圖中可以看出，當壓比不大于1.3時，數值計算結果的預測精度較高，相對誤差為1.4%。當間隙尺寸不變時，泄漏流量隨著壓比的增大而增大，但增大的趨勢稍有減緩。例如，設計尺寸下，壓比從1.1增大至1.3時，泄漏流量增大44.1%，而壓比由1.3增大至1.5時，泄漏流量僅增大37.9%。這主要是因為低壓比下泄漏流經過密封齒產生的流動損失較少，而在高壓比下泄漏流的流速增大，從而在密封腔室內產生劇烈的漩渦耗散，因此高壓比下泄漏流將產生更顯著的節流膨脹效應，抑制泄漏流量的增大。一方面，壓比增大使得泄漏驅動力增大，另一方面，壓比的增大使泄漏流的節流膨脹效應增強。在這兩方面的綜合作用下，泄漏流量呈現隨壓比的增大而增大，但增大趨勢減緩的現象。

相同壓比下，間隙尺寸增大時，輪緣密封的通流面積也隨之增大，從而導致泄漏流量增大。以設計尺寸下的泄漏流量為基準，軸向間隙每增大10%泄漏流量平均增大2.0%，徑向間隙每增大10%泄漏流量增大5.4%。可見，相同情況下變徑向間隙對輪緣密封的泄漏性能影響更顯著。這主要是因為密封齒的重疊部分是流體主要的膨脹加速通道，因此徑向間隙的變化將對流體的節流膨脹過程造成更大的影響，從而對泄漏流量造成更大影響。

3.2 輪緣密封泄漏系數與軸向間隙的關系

在計算密封結構泄漏流量時，理想泄漏量m_id的計算公式為

m_id=P^*₀AR_gT^*₀2κκ－11π^2/κ－1π^{（κ+1）/κ}（3）

式中：A為間隙通流面積；T^*₀為進口總溫；P^*₀為進口總壓；R_g是氣體常數；κ是定熵系數。

泄漏系數在同一壓比下表示實際泄漏流量與理想泄漏流量之比，反映了密封結構的通流能力。因此，本文采用無量綱泄漏系數φ^［25］對輪緣密封的泄漏特性進行研究，φ可由如下公式定義

φ=mT^*₀P^*₀A（4）

A=cl（5）

式中：m為通過輪緣密封的泄漏流量；A為間隙通流面積；c=4.88 mm為軸向間隙；l=320 mm為實驗件展向長度。

圖9是徑向間隙為1.0w時，不同壓比下泄漏系數和齒間速度隨軸向間隙的變化曲線，其中齒間速度為1.3壓比下A-A截面速度的平均值，A-A截面位置在圖4中已給出。由圖9可知，密封泄漏系數隨著壓比的增大而增大，但增大的速率隨壓比的增大而減緩。當軸向間隙為1.0c時，以1.3壓比的泄漏系數為基準，壓比從1.1增大到1.3，泄漏系數增大35.8%，而壓比從1.3增大到1.5時，泄漏系數僅增大17.3%。造成這一現象的主要原因是壓比較小時，泄漏流經過密封腔室后未充分得到節流膨脹，而在壓比較大時，速度更大的流體在密封腔室內形成更大的湍流區以及更強烈的漩渦，因此能量耗散更大，從而在較高壓比時泄漏系數呈現增大趨勢減緩的現象。

相同壓比下，泄漏系數隨著軸向間隙的增大而減小，軸向間隙每增大10%，泄漏系數平均減小6.3%～10.5%。 然而，在進行實驗時，測得的泄漏流量隨著軸向間隙的增大而增大，造成這一現象的主要原因是軸向間隙增大導致通流面積增大，更大的通流面積導致泄漏流量增大。由流體的連續性方程可知，齒間速度增大，使得泄漏流在密封腔室內的流動損失增大，從而導致泄漏流量的增大速率小于通流面積的增大速率，由式（4）可知泄漏系數減小。

3.3 輪緣密封泄漏系數與徑向間隙的關系

為研究徑向間隙尺寸對密封泄漏特性的影響，本小節開展了軸向間隙為1.0c時，不同壓比下泄漏系數與齒間速度的研究。

從圖10可以看出，隨著徑向間隙的增大，泄漏系數也增大，即徑向間隙越大，輪緣密封結構的密封性能越差。由流體的連續性可知，徑向間隙越小，相同流量下的齒間速度越大。因此，在較小徑向間隙時，流體經過密封齒時將獲得更大的流速，從而在密封腔室以及出口段形成更加強烈的湍流，造成更大的能量損失，即節流效應更加明顯。因此，泄漏系數隨徑向間隙的增大而增大。圖10中齒間速度隨徑向間隙增大而減小也佐證了這一規律。從圖中還可以看出，泄漏系數隨壓比的變化規律與變軸向間隙時一致。

3.4 輪緣密封腔室壓降與密封間隙關系

本節研究了輪緣密封腔室靜壓隨密封間隙變化的規律，選取典型壓比為1.3時不同間隙的腔室壓力作為研究對象。

圖11為壓比1.3時，不同軸向與徑向間隙密封腔室靜壓變化曲線，其中P_n為不同靜壓測點壓力。由圖11可以看出，不同間隙下靜壓測點3、4的壓力基本一致，均與大氣壓接近，且不隨間隙變化而變化。另外，密封結構在1、2測點間的壓降遠大于2、3測點，在1、2測點間的壓降平均為總壓降的79.8%。因此，該密封結構的節流效應主要發生在靜壓測點1、2之間，而在靜壓測點3之后的結構主要起到導流作用。

對比圖11（a）與圖11（b）可以看出：隨著軸向間隙的增大，1、2測點間的壓降增大，共增大14.3%，2、3測點間的壓降相應減小；隨著徑向間隙的增大，1、2測點間的壓降減小，共減小15.8%，2、3測點間的壓降相應增大。因此，隨著軸向間隙的增大，1、2測點間的節流效應增強，對應A-A截面處的流速增大，變徑向間隙規律與之相反。

3.5 輪緣密封內部流場分析

為研究不同壓比下密封腔室內的流體流動情況，圖12給出了設計尺寸下3個典型壓比（1.1、1.3、1.5）時密封腔室子午面的速度矢量圖。從圖中可以看出，流體流經密封齒后在密封腔室內形成一個大的漩渦區，經過該漩渦區后流體流速顯著降低，并在出口段充分減速。經過這一過程，輪緣密封結構有效地抑制了過量的冷卻空氣進入燃氣主流。另外，隨著壓比的增大，密封齒間的流速顯著增大，1.5壓比時齒間速度最大可達336 m/s，而1.1壓比下齒間速度最大僅有130 m/s。因此，高流速的流體經過密封腔室將產生強烈的湍流耗散效應，且流體流速越高，產生的湍流耗散效應越明顯。可見，高壓比下的流體經過密封腔室將得到更充分的節流膨脹，從而導致圖9與圖10中泄漏系數增大速率隨壓比的增大而減小。

圖13是壓比1.3時不同軸向與徑向間隙密封腔室子午面速度云圖。由圖14（a）、（b）、（c）可以看出，隨著軸向間隙的增大，經過密封進口的流體增多，而經過A-A截面處的通流面積不變，從而導致該截面處的流體平均速度增大。從圖14（d）、（e）、（f）中可以看出，隨著徑向間隙增大，流體經過A-A截面處的通流面積增大，同時，流體產生的速度回流區域面積增大，而主流流體速度沒有顯著增大，因此流體在截面處的平均速度減小。

圖14是環境壓力為96.2 kPa、壓比為1.3時不同徑向間隙下密封腔室壓力云圖與子午面流線分布。可以看出，流體經過密封齒后發生顯著的節流膨脹，在密封腔室內壓力迅速降低，并在出口段逐漸達到環境壓力，從而使密封結構擁有良好的封嚴性能。另外，主流密封腔室內漩渦區的壓力隨徑向間隙的增大而減小。這主要是因為在徑向間隙較小時，流體經過密封齒獲得更大的流速，而此時由于密封腔室的面積較小，靜葉側密封齒的幾何位置難以阻擋流體主流形成漩渦區，因此高速流體的動能耗散主要發生在密封出口段；在較大徑向間隙下，較低流速的流體受到靜葉側密封齒的阻擋在密封腔室內形成強烈的漩渦，并在密封腔室內產生更多的動能耗散。可見，這一現象主要是由流體動能的耗散位置不同而導致的，流體的總耗散仍然是小徑向間隙下更大，可與前文所述徑向間隙越小泄漏系數越小的結論相互印證。

4 結 論

（1）利用實驗結果考核了數值方法的有效性，采用SST湍流模型對輪緣密封泄漏特性進行數值模擬具有較高精度。在1.1～1.5壓比下，輪緣密封的泄漏量數值結果與實驗值相對誤差在5%以內，其中1.1～1.3壓比時數值結果與實驗值相對誤差僅為1.4%。

（2）輪緣密封的泄漏流量隨著壓比的增大而近似線性增大。但隨著壓比的增大，泄漏流量的增幅稍有減小，設計尺寸下壓比從1.1增大至1.3時，泄漏流量增大44.1%，壓比由1.3增大至1.5泄漏流量增大37.9%；輪緣密封泄漏系數隨著壓比的增大而增大，但增大幅度隨壓比的增大明顯降低，壓比從1.1增大到1.3時，泄漏系數增大約35.8%，而壓比從1.3增大到1.5時泄漏系數僅增大約17.3%。

（3）相同條件下變徑向間隙比變軸向間隙對輪緣密封的泄漏性能影響更顯著。相對于設計尺寸下的泄漏流量，軸向間隙每增大10%時泄漏流量平均增大2.0%，徑向間隙每增大10%時泄漏流量增大5.4%。

（4）輪緣密封泄漏系數隨軸向間隙的增大而減小，隨徑向間隙的增大而增大，泄漏流量隨軸向間隙增大的增大量有限。從保護密封齒、提高封嚴性能的角度出發，可以適當增大軸向間隙。輪緣密封的泄漏系數與泄漏流量均隨著徑向間隙的增大而增大，因此盡量減小徑向間隙能夠提高封嚴性能，但過小的徑向間隙將增大加工難度，增加密封齒碰磨風險。

在燃氣透平輪緣密封中，軸向與徑向間隙的改變都會對其封嚴性能造成顯著影響。合理的間隙配置（軸向與徑向間隙）與壓比配置能夠獲得最小的泄漏系數，從而提高燃氣透平二次空氣系統的運行效率，對燃氣透平的安全、穩定、高效運行具有重要促進意義。

參考文獻：

［1］師昌緒， 仲增墉. 我國高溫合金的發展與創新 ［J］. 金屬學報， 2010， 46（11）： 1281-1288.

SHI Changxu， ZHONG Zengyong. Development and innovation of superalloy in China ［J］. Acta Metallurgica Sinica， 2010， 46（11）： 1281-1288.

［2］李軍， 程舒嫻， 高慶， 等. 輪緣密封封嚴效率及結構設計研究進展 ［J］. 熱力透平， 2018， 47（1）： 6-15.

LI Jun， CHENG Shuxian， GAO Qing， et al. Review of sealing effectiveness and structure design of turbine rim seals ［J］. Thermal Turbine， 2018， 47（1）： 6-15.

［3］高杰， 黃鏡瑋， 杜玉鋒， 等. 燃氣輪機輪緣密封氣動技術研究進展 ［J］. 航空動力學報， 2021， 36（2）： 284-299.

GAO Jie， HUANG Jingwei， DU Yufeng， et al. Advances in rim seal aerodynamic technology for gas turbines ［J］. Journal of Aerospace Power， 2021， 36（2）： 284-299.

［4］ ABE T， KIKUCHI J， TAKEUCHI H. An investigation of turbine disk cooling（experimental investigation and observation of hot gas flow into a wheel space） ［EB/OL］. （1979-05-07）［2024-10-01］. https： //jglobal.jst.go.jp/en/detail？JGLOBAL_ID=201002072743752132

［5］曹玉璋， 陶智， 徐國強， 等. 航空發動機傳熱學 ［M］. 北京： 北京航空航天大學出版社， 2005.

［6］高慶， 李軍. 徑向輪緣密封封嚴效率的數值研究 ［J］. 西安交通大學學報， 2014， 48（9）： 55-61.

GAO Qing， LI Jun. Numerical investigations for sealing efficiency of the turbine rim radial seal ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University， 2014， 48（9）： 55-61.

［7］孔祥林， 陶加銀， 馮增國， 等. 結構參數對輪緣密封封嚴特性影響的數值研究 ［J］. 動力工程學報， 2014， 34（4）： 280-285.

KONG Xianglin， TAO Jiayin， FENG Zengguo， et al. Effects of geometrical parameters on sealing performance of turbine rim seals ［J］. Journal of Chinese Society of Power Engineering， 2014， 34（4）： 280-285.

［8］白濤， 張晶輝， 吝琳， 等. 斜向角度對渦輪輪緣密封性能的影響 ［J］. 兵器裝備工程學報， 2022， 43（11）： 246-251.

BAI Tao， ZHANG Jinghui， LIN Lin， et al. Influence of inclination angle on sealing performance of turbine rim ［J］. Journal of Ordnance Equipment Engineering， 2022， 43（11）： 246-251.

［9］程舒嫻， 李軍， 李志剛， 等. 輪緣密封整周模型流動與封嚴特性數值研究 ［J］. 工程熱物理學報， 2021， 42（2）： 370-376.

CHENG Shuxian， LI Jun， LI Zhigang， et al. Numerical investigations on the flow and sealing effectiveness of a turbine rim seal model with whole cavity ［J］. Journal of Engineering Thermophysics， 2021， 42（2）： 370-376.

［10］程舒嫻， 晏鑫， 李志剛， 等. 徑向輪緣密封預旋盤腔流動換熱特性數值研究 ［J］. 工程熱物理學報， 2017， 38（8）： 1647-1654.

CHENG Shuxian， YAN Xin， LI Zhigang， et al. Numerical investigations of the flow and heat transfer in a pre-swirl Rotor-Stator cavity with rim radial seal ［J］. Journal of Engineering Thermophysics， 2017， 38（8）： 1647-1654.

［11］李志剛， 李軍， 豐鎮平. 迷宮密封泄漏特性影響因素的研究 ［J］. 西安交通大學學報， 2010， 44（3）： 16-20.

LI Zhigang， LI Jun， FENG Zhenping. Effects of gap pressure ratio and rotational speed on discharge beha-vior of labyrinth seal ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University， 2010， 44（3）： 16-20.

［12］李志剛， 郎驥， 李軍， 等. 迷宮密封泄漏特性的試驗研究 ［J］. 西安交通大學學報， 2011， 45（3）： 48-52.

LI Zhigang， LANG Ji， LI Jun， et al. Experiment on leakage flow characteristics of labyrinth seal ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University， 2011， 45（3）： 48-52.

［13］CHENG Shuxian， LI Zhigang， LI Jun， et al. Numerical investigations on the sealing effectiveness of turbine groove radial rim seal ［C］//ASME Turbo Expo 2019： Turbomachinery Technical Conference and Exposition. New York， USA： ASME， 2019： V05BT15A002.

［14］ZHOU D W， ROY R P， WANG C Z， et al. Main gas ingestion in a turbine stage for three rim cavity configurations ［C］//ASME Turbo Expo 2009： Power for Land， Sea， and Air. New York， USA： ASME， 2009： 1239-1252.

［15］OWEN J M. Prediction of ingestion through turbine rim seals： part Ⅰ rotationally-induced ingress ［C］//ASME Turbo Expo 2009： Power for Land， Sea， and Air. New York， USA： ASME， 2009： 1071-1082.

［16］OWEN J M. Prediction of ingestion through turbine rim seals： part Ⅱ externally-induced and combined ingress ［C］//ASME Turbo Expo 2009： Power for Land， Sea， and Air. New York， USA： ASME， 2009： 1083-1093.

［17］DUNN D M， ZHOU D W， SAHA K， et al. Flow

field in a single-stage model air turbine rotor-stator cavity with pre-swirled purge flow ［C］//ASME Turbo Expo 2010： Power for Land， Sea， and Air. New York， USA： ASME， 2010： 2477-2487.

［18］SANGAN C M， POUNTNEY O J， SCOBIE J A， et al. Experimental measurements of ingestion through turbine rim seals： part Ⅲ single and double seals ［J］. Journal of Turbomachinery， 2013， 135（5）： 051011.

［19］SCOBIE J A， HUALCA F P， SANGAN C M， et al. Egress interaction through turbine rim seals ［C］//ASME Turbo Expo 2017： Turbomachinery Technical Conference and Exposition. New York， USA： ASME， 2017： V05BT15A029.

［20］POPOVíC I， HODSON H P. Improving turbine stage efficiency and sealing effectiveness through modifications of the rim seal geometry ［J］. Journal of Turbomachinery， 2013， 135（6）： 061016.

［21］GREEN B R， MATHISON R M， DUNN M G. Time-averaged and time-accurate aerodynamic effects of rotor purge flow for a modern， one and one-half stage high-pressure turbine： part Ⅱ analytical flow field analysis ［J］. Journal of Turbomachinery， 2014， 136（1）： 011009.

［22］BALASUBRAMANIAN J， JUNNARKAR N， ZHOU D W， et al. Experiments on aft-disk cavity ingestion in a model 1.5-stage axial-flow turbine ［C］//ASME 2011 Turbo Expo： Turbine Technical Conference and Exposition. New York， USA： ASME， 2011： 871-881.

［23］雷隆， 叢慶豐， 郭粲， 等. 1.5級燃氣透平輪緣密封非定常流動特征和封嚴效率的數值研究 ［J］. 西安交通大學學報， 2023， 57（10）： 64-77.

LEI Long， CONG Qingfeng， GUO Can， et al. Numerical investigation on the unsteady flow characteristics and sealing effectiveness of rim seals in a 1.5-stage gas turbine ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University， 2023， 57（10）： 64-77.

［24］屠珊， 孫弼， 毛靖儒. 用Richardson外推法分析流動傳熱層流問題的不確定度 ［J］. 西安交通大學學報， 1999， 33（11）： 47-50.

TU Shan， SUN Bi， MAO Jingru. Uncertainty analysis of laminar flow and heat transfer problems by Richardson extrapolation ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University， 1999， 33（11）： 47-50.

［25］李軍， 晏鑫， 李志剛. 熱力透平密封技術 ［M］. 西安： 西安交通大學出版社， 2016.

（編輯 亢列梅）