渦輪葉片尾緣旋流冷卻特性研究.pdf

1、隨著航空燃氣渦輪發(fā)動機的迅速發(fā)展，發(fā)動機熱效率和推重比的不斷提高，所需渦輪進口燃氣溫度也不斷升高。渦輪葉片之所以能夠在嚴酷的環(huán)境下穩(wěn)定工作，得益于新材料和新工藝的發(fā)展，同時離不開高效的強化冷卻技術(shù)。渦輪葉片尾緣熱負荷高，且受氣動性能要求，設(shè)計結(jié)構(gòu)薄，內(nèi)冷空間有限。因此，渦輪葉片尾緣冷卻成為葉片冷卻設(shè)計的難題之一?，F(xiàn)階段通常采用擾流柱或交叉肋進行強化換熱，同時，基礎(chǔ)冷卻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及新型冷卻結(jié)構(gòu)的探索也在不斷進行中。
　　基于上述背景

2、，本文主要將一種新型的冷卻方式——旋流冷卻應(yīng)用到葉片尾緣中，分析其冷卻機理和效果。首先將葉片尾緣部分簡化成等腰梯形，設(shè)計三種不同的旋流冷卻結(jié)構(gòu)，利用Fluent軟件進行數(shù)值模擬，對其梯形通道內(nèi)的流動換熱特性進行對比，并改變旋流結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析其對流動換熱的影響規(guī)律。結(jié)果表明：旋流腔的結(jié)構(gòu)和冷卻氣流的進流布置對旋流冷卻性能的影響很大，射流從一側(cè)流入旋流腔的旋流結(jié)構(gòu)不僅在流向截面產(chǎn)生渦旋，在展向截面也會產(chǎn)生渦旋，從而可以有效強化通道內(nèi)的對流換

3、熱；雷諾數(shù)增大、旋流腔截面積增大均有利于綜合強化換熱能力的提高；旋流腔不變，要使旋流結(jié)構(gòu)綜合冷卻性能最好，射流孔孔徑和孔間距存在一個最佳值；相對于各腔射流孔順排，射流孔錯排利于流體沿展向的對流換熱和冷卻效果更為均勻，且射流孔傾角為0°時，通道冷卻效果最好。
　　其次，將旋流冷卻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實際渦輪葉片上，在葉片尾緣設(shè)計六種不同旋向組合的旋流結(jié)構(gòu)，對葉柵通道和葉片尾緣內(nèi)部流動和換熱特性進行研究分析，并與常規(guī)的凸臺擾流柱冷卻結(jié)構(gòu)進行對比