渦輪靜葉復(fù)合角度氣膜冷卻流動的數(shù)值與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、氣膜冷卻技術(shù)是保護(hù)渦輪葉片非常有效的冷卻手段之一,復(fù)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(fù)合角度與吹風(fēng)比的合理搭配能更有效地保護(hù)葉片,因此,開展葉片復(fù)合角度氣膜冷卻的研究對指導(dǎo)工程設(shè)計有十分重要的意義。
　　 首先建立了小型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺,并利用熱膜風(fēng)速儀對平板單圓孔垂直入射及葉片前緣氣膜冷卻流場進(jìn)行了測量,得到了不同吹風(fēng)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(shí)驗(yàn)條件下的流場進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表

2、明,對于平板氣膜冷卻流場,RNG k-ε模型的計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)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(fù)合角度孔排射流的氣膜冷卻流場進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)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(diǎn)附近,η和Nu隨著流程的增加不斷減小,而且吹風(fēng)

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(fù)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(fù)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(jìn)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(fēng)比下的冷卻效果,結(jié)果表明:隨著吹風(fēng)比的增加,各種孔排結(jié)構(gòu)的冷卻效果都有所提高,但5排氣膜孔對葉片的冷卻保護(hù)不夠,8排氣膜孔在葉片表面能形成連續(xù)的氣膜保護(hù)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(fù)合角度射流的氣膜冷卻流場,結(jié)果表明:在冷卻孔附近存在著復(fù)雜的旋渦結(jié)構(gòu),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