燃氣渦輪葉片尾緣冷卻結構的參數(shù)化設計及數(shù)值分析.pdf

1、燃氣輪機在航空、船舶及發(fā)電領域應用非常廣泛，隨著社會的發(fā)展，燃機技術也在不斷發(fā)展，而提高渦輪前溫度是提高燃機性能的重要措施之一，但隨之帶來了葉片材料無法耐受高溫的問題，要確保燃機正常運行，就需要采用先進的冷卻技術。
　　葉片尾緣冷卻受限于空間狹小，具有溫度高及應力集中的特點，導致冷卻結構設計困難，在設計冷卻葉片時需要特別重視。其次葉片冷卻結構的設計是一個“設計-校核-改進”的迭代過程，需要不斷的修改和優(yōu)化，這勢必會導致設計過程費時

2、費力，所以有必要提出一種高效的設計方法。
　　為提高設計效率，本文基于已有的葉片前緣及中部冷卻結構參數(shù)化建模的基礎，搭建了復合冷卻結構參數(shù)化設計優(yōu)化平臺，其基本思想為：將葉片冷卻結構化整為零，分析冷卻結構的特征參數(shù)，確定冷卻結構的實現(xiàn)流程及方法，編寫Matlab程序實現(xiàn)參數(shù)化方法功能，編寫NX二次開發(fā)程序實現(xiàn)結構造型功能，利用平臺調(diào)用二次開發(fā)程序即可實現(xiàn)快速建模與優(yōu)化，可大幅度減少設計成本，提高設計效率。
　　首先，本文提出

3、并建立了半/全劈縫、圓形/水滴形擾流柱群、旋流冷卻結構及新型三維尾緣冷卻結構-編織結構的參數(shù)化設計方法；其次利用參數(shù)化設計平臺，基于某燃機一級靜葉分別構建了四種不同尾緣結構的復合冷卻葉片，葉身冷卻特征包括：氣膜孔、沖擊孔、繞流肋和隔板等結構；尾緣結構分別是：半劈縫+圓形/水滴形擾流柱群、旋流冷卻及編織結構；最后對復合冷卻葉片進行氣熱耦合數(shù)值計算，分析了尾緣結構的冷卻機理。當尾緣為擾流柱群結構時，葉片在復合冷卻的作用下，除尾緣葉根處存在局

4、部高溫區(qū)外，葉片溫度達到了設計要求；水滴擾流柱群相比圓形擾流柱群結構壓力損失系數(shù)低42.9％，葉片后腔冷氣進口壓力更低，后腔氣膜孔出流流量更大；圓形柱群內(nèi)部由于馬蹄渦與通道渦的影響具有更強的換熱能力，但水滴形柱群的綜合換熱系數(shù)相對圓形柱群高47.07%，應用價值更高。
　　尾緣旋流沖擊結構與編織結構具有更高的壓力損失系數(shù)，尾緣冷氣出流流量進一步減小，后腔氣膜孔出流流量更大。旋流沖擊結構中換熱能力為沖擊通道>旋流腔>收縮通道，流動在