具有非對稱端壁的渦輪葉柵氣膜冷卻數(shù)值研究.pdf

1、渦輪進口燃氣溫度不斷提高，燃氣溫度已經超過了葉片材料的承受能力，采用先進的冷卻技術降低渦輪葉片的溫度，是當前各國研究的重點。如何設計葉片冷卻結構以提高冷卻效果，是目前航空渦輪葉片設計者與制造者不斷追求的目標。同時，當負荷增加和展弦比降低時，葉輪機械中端壁損失占總損失的比重很大。三維非對稱端壁可以通過自由選擇翹曲的形狀、位置以及高度，通過控制流道不同位置的收縮與擴張程度，來控制端壁表面的壓力分布，從而削弱端壁區(qū)二次流動的強度及其影響范圍有

2、利于提高整體性能。
　　本文首先設計了直列靜葉柵中葉片和端壁的冷卻形式：兩個冷卻腔且分別供氣，葉片前緣三排冷氣孔并采用叉排布置，下端壁的冷氣孔沿流向布置。然后應用CFX流體計算程序進行了不同噴氣比下氣膜冷卻的數(shù)值模擬，分析了冷氣噴射流場的特點，壁面溫度的分布規(guī)律，射流場結構等。當噴氣比較小時，前緣附近冷氣噴射會使冷氣像薄膜一樣覆蓋在葉片表面，作用主要限于邊界層內，摻混損失也較低；當噴氣比逐漸增大后，在冷卻孔后形成回流區(qū)；當噴氣比過

3、大時，冷空氣射流可能會穿透主流邊界層，影響主流的流動。
　　對于前緣冷卻，在一定范圍內，噴氣比越大過余溫比越低。但是當噴氣比過大時，冷氣射流具備了穿越壁面附面層的能力,這樣射流就不易在冷氣孔出口附近貼附于壁面，導致過余溫比上升。
　　在噴氣比M=1.5時，設計了三種非對稱端壁形式，本文研究了引入非對稱端壁后，端壁表面及葉片表面的靜壓分布、能量損失、總壓損失等影響葉柵氣動性能的主要參數(shù)的變化。采用本文的設計方法設計的壓力側凸起