渦輪葉片內(nèi)部冷卻結構的流動與換熱特性研究.pdf

1、隨著航空工業(yè)的發(fā)展和發(fā)動機性能的不斷提高，渦輪前進口燃氣溫度也不斷升高，這對渦輪葉片的長期穩(wěn)定運行是個嚴峻考驗。為了解決這一問題，除了發(fā)展葉片新材料和新工藝外，還有一種方法是發(fā)展先進高效的冷卻技術。現(xiàn)在渦輪葉片多采用內(nèi)部復合冷卻+外部氣膜的冷卻方案，當葉片內(nèi)部采用多種冷卻方式時，其流動及換熱特性將變得復雜，因而，內(nèi)部氣流的合理組織與分配成為研究重點。
　　本研究首先采用數(shù)值模擬的方法，研究了渦輪葉片中弦區(qū)四種近壁冷卻模型，結果表明

2、：不同的近壁冷卻結構對葉片表面的冷卻效果影響較大，其中沖擊+擾流柱+氣膜的近壁結構綜合性能優(yōu)于其它三種近壁腔結構，其葉片壁面溫度分布較均勻，壓力損失較?。黄浯?，針對沖擊+擾流柱+氣膜的層板結構模型，分析了擾流柱、沖擊孔等參數(shù)對流動與換熱的影響；在此基礎上，對兩種不同內(nèi)部冷卻結構（渦流腔、雙層板）的完整葉片模型進行數(shù)值模擬，分析其流動與換熱特性。研究發(fā)現(xiàn)，開孔率不變時，沖擊孔孔徑與間距改變對葉片表面溫度分布影響較小，隨著孔徑與間距的增大，

3、冷氣的流動阻力增大；開孔率不變時，氣膜孔徑孔徑與傾角越大冷卻效果會變差，氣膜孔傾角越大，流阻損失越小；堵塞比不變，圓形擾流柱的流動阻力最小。通過對雙層板結構和渦流腔結構的葉片整體冷卻模型進行比較后發(fā)現(xiàn)，采用內(nèi)部雙層板結構的葉片整體綜合冷卻效果明顯好于渦流腔結構葉片。最后，選取典型參數(shù)的雙層板冷卻結構進行了實驗研究，分析了吹風比、擾流柱、開孔率等參數(shù)對壁面溫度分布和壓力損失的影響。實驗結果表明：壁面溫度隨著吹風比的增加而減小，但是減小的幅

4、度越來越??；吹風比增加綜合冷卻效率提高，但升高的趨勢逐漸變緩；圓形擾流柱結構的層板壓力損失最小，跑道形擾流柱層板的壓力損失最大，在小吹風比下菱形擾流柱層板結構的綜合冷卻效果最好；沖擊孔開孔率相同，沖擊孔孔徑與間距改變對層板的綜合冷卻效果影響不大，當沖擊孔徑為1mm時，層板冷卻損失最大，沖擊孔徑為0.6mm時的壓力損失最小。氣膜孔開孔率相同時，氣膜孔開孔數(shù)越多壁面溫度越均勻，綜合冷卻效果越好；氣膜孔傾角為30°的氣膜覆蓋效果最好，但是壓力