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随着航空事业的迅速发展,对飞机的机动性、可靠性和经济性的要求越来越高,封严技术的提高能够起到降低航空发动机燃油消耗率、提高推重比的作用。篦齿封严是一种传统的非接触式封严结构,它具有结构简单、安全可靠、运行成本低等优点,一直广泛应用于航空、航天、能源等领域的动力装置中。如何改进现有的篦齿封严结构,减少泄漏损失,提高航空发动机的整体性能,引起国内外学者的广泛关注。 影响篦齿封严特性的因素有很多,主要包括篦齿类型、齿形几何参数、齿数、流体气动参数和转速等。研究表明,在低转速下,单纯的篦齿旋转对封严泄漏量几乎没有影响,因此为了节约成本,利用二维静止篦齿封严实验台,对直通篦齿封严结构展开研究,研究的主要内容为: 一、实验研究了真实尺寸模型及其放大模型之间泄漏与传热特性的相似规律,并且提出了在狭小空间研究篦齿复杂表面传热特性的实验方法。即可以通过实验与数值计算相集合的方法,根据实验测得数据利用流固热耦合计算得出篦齿表面的传热特性。 二、依据正交设计理论,设计了一套(共25个)齿形几何参数相互正交的真实尺寸直通篦齿实验件,研究了压比和多个齿形几何参数对篦齿封严泄漏与传热特性的综合影响规律。研究发现,各因素对封严特性的影响程度不同,在实验参数范围内,泄漏特性和传热特性受封严间隙c的影响最敏感,而泄漏特性几乎不受齿高H的影响,努塞尔数几乎不受后倾角β的影响。 三、实验研究了篦齿齿数对泄漏特性的影响规律。结果表明,在其他条件不变的情况下,随着齿数的增加,篦齿封严结构的流量系数逐渐减小,并且减小的梯度逐渐变缓。 四、根据实验数据,采用最小二乘法,拟合得到关于直通篦齿泄漏与传热的多因素准则关系式,并将拟合公式与以往的公式进行了对比,结果表明:本文拟合公式的计算结果精度较高,泄漏量的相对误差主要集中在-10.2%~10.8%,传热量的相对误差主要集中在-26.4%~16.2%,具有较高的工程应用价值。