为减少动叶顶部的泄漏流动所导致的损失，现代汽轮机动叶顶部安装了围带，以阻止汽流跨叶顶的横向流动。叶顶围带有效地减少了泄漏流动所导致的损失，故此得到了广泛的应用。由于静叶和动叶之间轴向间隙的存在，汽流在流出静叶后会沿这个间隙进入围带与汽缸之间的空间，再从动叶后部流出。从围带末端流出的低能的泄漏流体与主流发生掺混，会带来一定的损失。为控制泄漏流量，减小泄漏损失，提篼通流效率，动叶顶部汽缸上一般装有迷宫式汽封齿。研究汽封齿对叶顶流动及损失发工程热物理学报28卷展的影响，对深入理解带围带的动叶顶部泄漏流动具有一定现实意义。

　　由于测量困难，透平动叶围带顶部间隙内的泄漏流动虽然早在1935年就有人做了一些研究，但仍然进展比较迟缓。随着各种先进测量技术的发展，到上世纪九十年代，才逐渐成为热点。DentonW首先建立了动叶围带顶部间隙泄漏流动的损失模型和经验公式，Denton认为主要的损失发生在泄漏流与主流掺混的过程中。Peters等人对某一级半透平动叶围带顶部的泄漏流动进行了。紊流模型采用标准fc-e模型。叶栅壁面是无滑移绝热固壁。计算的边界条件设置是在进口边界给定一级半透平级的进口总温和总压，出口边界给定出口静压，壁面是无滑移绝热固壁，流道设置成周期性边界条件，静叶和动叶之间采用滑移网格处理。

　　表1动叶基本几何参数叶片数叶型安装角弦长（mm）轴向栅距（mm）轴向弦长（mm）根部半径（mm）展弦比3结果分析是三种情形下的叶顶三维流线图。在顶部没有汽封齿的时，气流从径向汽封齿的间隙（1.5mm）进入叶顶腔室（高3mm）。由图可见，气流在经过汽封齿间隙（1.5mm）时发生收缩，以射流的形态进入腔室，并在围带前缘产生流动分离，卷曲形成一个明显的旋涡。随着流体沿轴向发展，泄漏流体重新附着在围带上表面。在围带末端间隙的出口，靠近上端壁的流体冲击在汽缸壁的角区，形成回流区，并将泄漏流体向下方推挤。总体而言在没有汽封齿时间隙内流体能够保持较篼的轴向速度，在出口角区旋涡的推挤下沿斜下方流出间隙，向下游发展。

　　当存在汽封齿时，泄漏流体通过汽封齿间隙形成射流，并在汽封齿后面的空间形成回流。

　　是三汽封齿设计时的动叶顶部流动细节图。刻画了各个关键部位的速度矢量。叶顶间隙进口处的流体受径向间隙抽吸作用，有较大的径向速度，并贴着上端壁发展，形成顺时针向的旋涡。而通过汽封齿间隙时形成的射流轴向速度较大，贴着围带发展，受汽封齿间隙之后的空腔及下游汽封齿的影响，形成逆时针向的流动。这样泄漏流体在流过叶顶间隙的过程中，其轴向速度发生多次改变，必然引起动能的耗散和损失，这样的泄漏流体流出间隙并与主流掺混时，对流动效率产生负面效果。在经过第三个汽封齿之后，泄漏流体从围带末端进入主流，其轴向的速度有一定的长，并在下级静叶入口上游上端壁处形成旋涡。这样，泄漏流体严重影响了动叶出口的流场结构，给下级静叶的效率带来潜在的负面作用。

　　描绘了主流与泄漏流动掺混后所导致的下级静叶前缘的气流攻角。由可见泄漏流对下游流场的影响。在50叶展处，叶顶有汽封齿时流体按设计工况进入静叶，气流攻角是设计攻角。而在无汽封齿的情形，泄漏流已经影响到了中叶展处，使气流产生了小的负攻角，导致气流在前缘吸力面发生流动分离。到80叶展处，对没有汽封齿的情况，负攻角已经非常明显。对一个汽封齿的情形，泄漏流的影响已经可以看到，入口流体已有小的负攻角，小的流动分离区域在吸力面前缘发生。而对于三个汽封齿的情形，和50叶展处相比，气流的方向也有很小的变化，气流偏离设计工况不明显，不似前两种情况那么强烈。在90叶展处，三种情况下气流的负攻角都己经比较明显。但负攻角的大小，仍以无汽封齿时大，一个汽封齿时次之，三个汽封齿时偏离小。这也表明，汽封齿数的加对抑制围带顶部的泄漏流动的意义。

　　（a）50叶展（无汽封齿、一个汽封齿和三个汽封齿）（b）80叶展（无汽封齿、一个汽封齿和三个汽封齿）（c）9叶展（无汽封齿、一个汽封齿和三个汽封齿）静叶前缘不同叶篼位置上的流线图和是静叶入口周向平均的动叶出口气流角和总压损失系数沿叶高方向的分布图。由图可见泄漏流动改变了上端壁附近动叶出口气流角分布，并大了此区域的流动损失。加汽封齿可以削弱这种效果。是静叶出口处周向平均气流角沿叶高方向的分布图。由可见，泄漏流动对静叶的流场也有较大的影响，使上半叶展的气流角分布明显不同于理想情况没有叶顶间隙时的静叶栅出口气流角分布。当存在围带泄漏流时，两个叶顶带汽封齿的情形，流动还带有无间隙时气流角分布的特征。而对于顶部没有汽封齿的情形，气流角分布变化较大出口气流角/（°）周向平均气流角分布出口气流角/（°）周向平均静叶出口气流角表2给出了三种情况下动叶下游静叶受动叶顶部间隙泄漏流影响总体性能发生的变化。可以看到，随着叶顶间隙内汽封齿数的多，泄漏流体经过汽封齿间隙并在其后发生回流所导致的流动损失就越大。但由于汽封齿数增多使得泄漏流量明显减小，故此对抑制泄漏损失产生了明显的积极效果。

　　表2不同汽封齿数时无1纲泄漏置及其对静叶性能的影响汽封齿数无量纲泄漏量出口平均总压损失系数等熵效率4结论本文对一级半透平级带围带的动叶叶顶泄漏流动进行了数值模拟，比较了在间隙内有不同汽封齿数时泄漏流动的形态，损失发展，以及与主流掺混后对下游静叶流场的影响。带围带的动叶顶部间隙泄漏流动对动叶的性能，以及下游叶片排的性能，都有着明显的不利影响。若不安装汽封齿，较大的泄漏流量不但削弱了动叶的做功能力，导致掺混损失，并使下游流场的流动状态发生偏离设计工况的变化。叶顶汽封齿的存在，可以显著减少泄漏流量。

　　汽封齿数增多，泄漏流体的损失大，但由于泄漏流量的减少，使得总损失减少。

　　泄漏流体与主流掺混后会导致掺混区流体速度发生偏转，以负攻角进入下游静叶，带来攻角损失。

　　汽封齿数多所带来的泄漏流量减少的效果，可以明显减小由于掺混导致的气流偏转的区域，削弱偏转程度，减小负攻角。由于泄漏流体带有较高的径向速度，在静叶通道中会向中叶展处发展，使得静叶上半通道的流场结构发生改变，给下游动叶带来攻角损失。汽封齿数增多能削弱这种作用。