冷卻葉片尾緣偏劈縫的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著大載荷跨音速導(dǎo)向葉片的發(fā)展，對(duì)渦輪葉片尾部冷卻提出了極為嚴(yán)酷的要求。由于尾部薄而長的幾何形狀導(dǎo)致了冷卻因難，很容易形成尾緣局部高溫區(qū)，因此必須對(duì)葉片尾緣進(jìn)行有效的冷卻。對(duì)于尾緣的冷卻結(jié)構(gòu)——偏劈縫結(jié)構(gòu)的冷卻方式實(shí)際上是槽縫式的氣膜冷卻，其冷卻特性主要受偏劈縫后的尾緣長度、偏劈縫長度與間距比、偏劈縫長寬比、偏劈縫出氣角、吹風(fēng)比（ ）及Reynolds數(shù)等參數(shù)的影響。本文在半封閉式加熱系統(tǒng)和冷風(fēng)系統(tǒng)的雙系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞中研究了當(dāng)葉盤與葉背夾

2、角為10o的楔形通內(nèi)冷通道沒有布置擾流柱時(shí)以上各變化參數(shù)對(duì)葉片尾緣冷卻的影響，目的在于對(duì)尾緣偏劈縫冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 實(shí)驗(yàn)中利用雙針管測(cè)速探頭對(duì)偏劈縫下游的流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)定。分析了偏劈縫孔縫下游冷卻氣體第一測(cè)量點(diǎn)速度特性，并以吹風(fēng)比為例研究了偏劈縫孔縫下游平行于板方向的速度分布。同時(shí)，探討了偏劈縫前后壓力系數(shù)隨偏劈縫各參數(shù)的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明：壓力系數(shù)隨著尾緣長度的增加，先增大后減?。浑S著偏劈縫長度與間距比的增大而增大；而當(dāng)偏

3、劈縫的長寬比減小時(shí)，壓力系數(shù)卻增大；隨著偏劈縫出氣角的增大，壓力系數(shù)先減小后增大；隨著吹風(fēng)比的增大，壓力系數(shù)先增大后減小；隨著雷諾數(shù)的增大而減小。 通過對(duì)尾緣的溫度分布的測(cè)定，獲得了尾緣的冷卻特性隨偏劈縫各參數(shù)的變化關(guān)系。由于冷卻氣體在葉片尾緣冷氣側(cè)氣膜冷卻的作用，尾緣冷氣側(cè)的冷卻效果比熱氣側(cè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的冷卻效果要好，并且在葉片的冷氣側(cè)在與偏劈縫相同距離的地方，偏劈縫孔縫下游的冷卻效果比柵隔下游的冷卻效果好。葉片尾緣氣膜冷卻效果值最

4、小即溫度最高處不在尾緣的尾端，而是在葉片熱氣側(cè)近尾端的地方。 尾緣的平均冷卻效果隨著尾緣長度的增加而減??；隨著偏劈縫長度與間距比的增大而增大，隨著偏劈縫的長寬比的增大而減??；隨著偏劈縫出氣角的增大而減?。浑S著吹風(fēng)比的增大，先增大后減小，最好的冷卻效果出現(xiàn)在 的附近區(qū)域；隨著雷諾數(shù)的增大而增大。并對(duì)平均冷卻效果進(jìn)行擬合得出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。還與通道中設(shè)有擾流柱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了對(duì)比，比較發(fā)現(xiàn)當(dāng)楔形內(nèi)冷通道布置擾流柱時(shí)尾緣冷卻效果比沒

5、有擾流柱時(shí)的冷卻效果要好，并研究了設(shè)置擾流柱時(shí)尾緣的冷卻效果隨幾何結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)上的差異。 本文應(yīng)用紊流模型對(duì)冷卻葉片尾緣偏劈縫的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，研究了不同參數(shù)對(duì)尾緣冷卻效果的影響以及分析了尾緣處的溫度場(chǎng)分布。在實(shí)際情況中冷卻氣體是從主流通道一側(cè)進(jìn)入，使得二維計(jì)算物理模型冷卻氣體入口的邊界條件難于給定，本文采取在計(jì)算模型最前端增加微小冷卻氣體入口通道（此通道正好與主流來流平行）的辦法來模擬實(shí)際的流動(dòng)情況進(jìn)行計(jì)算。驗(yàn)算結(jié)果表

6、明：此方法不會(huì)影響尾緣處的局部流場(chǎng)分布。 數(shù)值模擬結(jié)果表明：隨著尾緣長度的增大，平均冷卻效果的變化可近似認(rèn)為是一條略微向下的曲線，冷卻效果稍微變差；隨著偏劈縫出氣角的增大，平均冷卻效果先減小后增大，當(dāng)偏劈縫出氣角為0o時(shí)，尾緣冷卻效果最好；隨著Re數(shù)和M的增大，平均冷卻效果越來越好。 針對(duì)偏劈縫柵隔后渦流流場(chǎng)的測(cè)量問題，本文理論設(shè)計(jì)出可測(cè)量流場(chǎng)中任意點(diǎn)的流速和流向的新型測(cè)速管，并對(duì)其測(cè)量的標(biāo)定方法和實(shí)施方法作了詳細(xì)的說明