燃?xì)廨啓C(jī)透平動(dòng)葉葉頂流動(dòng)與換熱的數(shù)值研究.pdf

1、在燃?xì)廨啓C(jī)高溫?zé)岵考?，?dòng)葉葉頂是葉片溫度和傳熱率最高的區(qū)域，會(huì)引起葉頂燒蝕并造成葉片大的溫度梯度，影響葉片壽命。本文就動(dòng)葉頂部間隙中的流動(dòng)與換熱問(wèn)題，進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值模擬，獲得了不同頂部幾何形狀的換熱系數(shù)分布。以美國(guó)GE公司的E3透平第一級(jí)動(dòng)葉葉頂為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬軟件，選取四種湍流模型，研究平頂、凹槽頂及三種葉頂間隙對(duì)葉頂流動(dòng)與換熱的影響，研究了葉頂區(qū)域的流動(dòng)和換熱特征，為數(shù)值計(jì)算工具在冷卻葉片的工程應(yīng)用提供參考,具體工作及結(jié)

2、果如下：
　　為了研究凹槽葉頂?shù)膬?yōu)勢(shì)，首先對(duì)平葉頂進(jìn)行分析，研究葉頂流入和流出的特性及對(duì)頂部區(qū)域附近壓力面和吸力面?zhèn)鳠岬挠绊?。選取了標(biāo)準(zhǔn)k-ε，RNG k-ε、k-ω和SST四種湍流模型進(jìn)行數(shù)值模擬研究，計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型過(guò)高預(yù)測(cè)葉頂換熱，SST模型過(guò)低預(yù)測(cè)葉頂換熱，而RNG k-ε和 k-ω模型較為適中的預(yù)測(cè)了葉頂換熱。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)透平凹槽頂結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn) k-ε和k-ω模型較為適合；因此，k-ω模型成為較優(yōu)選擇。
　　對(duì)

3、于凹槽頂和平頂，作者分別對(duì)三種葉頂間隙：1.31mm，1.97mm，3.29mm（分別對(duì)應(yīng)1％、1.5%、2.5%的葉高）進(jìn)行了研究。研究表明葉頂間隙增大，泄漏流流量顯著增大；在90%葉高以下兩種結(jié)構(gòu)的截面型線壓力系數(shù)基本吻合，而在97%葉高處，平頂型線壓力在吸力側(cè)中部（泄漏渦影響區(qū)域）高于凹槽頂，表明凹槽頂起到迷宮密封作用，增加了泄漏流的流動(dòng)阻力，因此減少葉頂間隙和采用凹槽頂是減少葉頂間隙泄漏流的有效方法；葉頂間隙增大，葉頂面積平均換

4、熱系數(shù)隨之增大；在相同葉頂間隙條件下，凹槽式葉頂面積平均換熱系數(shù)低于平葉頂，因此減小葉頂間隙和采用凹槽頂能降低葉頂換熱，減小葉頂?shù)臒嶝?fù)荷，有利于提高葉片壽命；
　　在第一級(jí)動(dòng)葉葉頂沿中弧線布置8個(gè)氣膜孔，選取預(yù)測(cè)葉頂換熱能力較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)k-ω湍流模型作為氣膜冷卻計(jì)算的基準(zhǔn)模型。同時(shí)，與使用較多的SST湍流模型作對(duì)比，進(jìn)一步評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)k-ω和SST湍流模型在葉頂氣膜冷卻效率問(wèn)題上的計(jì)算能力。研究不同吹風(fēng)比（M=0.5、1.0和1.5）對(duì)