渦輪靜葉復合角度氣膜冷卻流動的數(shù)值與實驗研究.pdf

1、氣膜冷卻技術是保護渦輪葉片非常有效的冷卻手段之一,復合角度射流不僅沿主流方向傾斜,而且沿葉高方向也傾斜了一定角度,復合角度與吹風比的合理搭配能更有效地保護葉片,因此,開展葉片復合角度氣膜冷卻的研究對指導工程設計有十分重要的意義。
　　 首先建立了小型風洞實驗臺,并利用熱膜風速儀對平板單圓孔垂直入射及葉片前緣氣膜冷卻流場進行了測量,得到了不同吹風比下的流場速度及湍動能分布,同時采用不同湍流模型對實驗條件下的流場進行數(shù)值模擬,結果表

2、明,對于平板氣膜冷卻流場,RNG k-ε模型的計算結果與實驗值吻合得較好,而對于葉片氣膜冷卻流場,Realizable k-ε模型的計算結果更接近實驗值。
　　 其次,采用RNG k-ε模型分別對平板單圓孔入射角度為30°、60°和90°以及平板復合角度孔排射流的氣膜冷卻流場進行了數(shù)值模擬。結果表明:不同入射角度。的氣膜冷卻效率(η)和努塞爾數(shù)(Nu)的最大值均出現(xiàn)在射流孔下游分離點附近,η和Nu隨著流程的增加不斷減小,而且吹風

3、比(M)越大減小的越快。M相同時,射流入射角為30°時換熱效果最好,但其在展向的影響范圍最小。復合角度射流孔排為順排布置時,在大于10倍孔徑的下游區(qū)域有很好的冷卻效果,孔排為錯列1/2孔間距的叉排布置時,在兩排孔中間以及小于10倍孔徑的下游區(qū)域冷卻效果最好。
　　 采用Realizable k-ε模型對葉片前緣為復合角度射流孔、壓力面和吸力面為單一角度孔的氣膜冷卻流場進行了數(shù)值模擬,比較了5排氣膜孔和8排氣膜孔(包括兩種方案)在

4、不同吹風比下的冷卻效果,結果表明:隨著吹風比的增加,各種孔排結構的冷卻效果都有所提高,但5排氣膜孔對葉片的冷卻保護不夠,8排氣膜孔在葉片表面能形成連續(xù)的氣膜保護層,8排孔方案1比方案2有更好的冷卻效果。
　　 最后,采用大渦模型模擬了M=1.5時平板單圓孔垂直入射和葉片前緣為復合角度射流的氣膜冷卻流場,結果表明:在冷卻孔附近存在著復雜的旋渦結構,射流對稱面的正向渦、反向渦和垂直截面的馬蹄形渦兩翼交替、周期性地脫落,并且形成新的旋