具有熱障涂層的導向葉片的復合冷卻數(shù)值研究.pdf

1、提高透平進口溫度是提高航空發(fā)動機推力和熱效率的主要技術手段，當今先進航空燃氣輪機的進口溫度已經(jīng)遠遠超過現(xiàn)有透平葉片材料的許用溫度。因此，發(fā)展冷卻技術成為解決這一難題的關鍵。氣膜冷卻經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，今天已廣泛用于葉片的工程設計。在葉片冷卻結構設計日趨復雜、冷卻效果逐漸達到瓶頸的情況下，熱障涂層(TBC)技術給葉片熱防護帶來了新的可能。為了準確預測透平葉片的使用壽命，需要得到葉片各部位溫度場和熱負荷信息，而氣固耦合傳熱的數(shù)值方法是一種

2、理想的分析手段。
　　本文分別以ANSYS ICEM和Fluent作為網(wǎng)格劃分和數(shù)值求解工具，使用SSTk-ω湍流模型，主要進行了以下幾個方面的研究:
　　1)在一個帶TBC的氣膜冷卻平板上驗證了TBC的計算處理方法的合理性，這個平板模擬的是透平葉片的下端壁，具有一排氣膜孔。通過比較兩種處理TBC的方案的溫度和熱流密度等數(shù)值計算，得出Fluent中處理TBC的簡化方法的精度可以接受。
　　2)在兩種接近真實工況的條件下

3、，對一個表面使用三種TBC策略（無、均勻和非均勻）的高度一體化復合冷卻透平導向葉片進行了耦合數(shù)值計算，通過各部位質(zhì)量流量、表面溫度、綜合冷卻效率、換熱系數(shù)、壓力和Mach數(shù)等，詳細分析了透平葉柵的流動和換熱特性。
　　3)針對一組給定的主流進、出口總壓和主流、冷氣總溫條件，逐步減少冷氣質(zhì)量流量，使用耦合計算比較了無TBC和均勻TBC時，冷氣質(zhì)量流量變化對葉片表面和內(nèi)部溫度、換熱系數(shù)等換熱特性的影響。結果表明，TBC對前緣起到了重要