燃氣渦輪葉片復合冷卻結構參數(shù)化設計與數(shù)值研究.pdf

1、燃氣輪機自問世以來，被廣泛應用于航空、航海以及能源電力行業(yè)，為了獲得更高的推重比和效率，渦輪前入口溫度被不斷提高，目前已經(jīng)遠遠超過葉片材料所能承受的范圍，為了保證渦輪葉片的正常工作，提高其使用壽命，必須采用復雜的冷卻技術。復雜的冷卻方式導致葉片總體的結構繁雜，模型的建立和修改耗費大量時間，如何快速設計出滿足要求的冷卻結構至關重要。本文基于典型的氣冷渦輪葉片，提出了各種冷卻結構的參數(shù)化設計方法，并對某型燃機一級導葉進行了冷卻結構設計，分析

2、了葉片各部位的流動換熱情況。
　　在參數(shù)化設計中，本文將葉片整體結構分解為冷卻通道、擾流肋、氣膜孔和沖擊孔幾個基本特征，利用MATLAB與UG二次開發(fā)相結合的方法，編寫了針對不同冷卻結構的參數(shù)化設計程序，并詳細介紹了設計思路。利用本套程序，在進行氣冷渦輪葉片的建模和修改時，只需輸入相應的幾何參數(shù)即可快速生成新的葉片結構，大大提高了設計效率。
　　在對某型渦輪一級導葉的冷卻結構設計中，本文先對葉片進行了只帶氣膜冷卻的結構設計，

3、根據(jù)無冷卻結構時葉片表面的溫度分布，確定出各排氣膜孔的位置，文中比較了葉片吸力面采用圓形、梯形和擴張型孔時的流動換熱情況，發(fā)現(xiàn)采用擴張型孔時具有較好的冷卻效果，最終確定葉片的前緣和壓力面采用圓形孔，吸力面為擴張型孔，尾部則采用劈縫的形式，并對葉片進行了數(shù)值模擬，分析了葉片不同位置處氣膜孔的流動換熱情況。結果表明，采用全氣膜覆蓋冷卻時，葉片表面溫度已基本能達到設計要求。之后又在全氣膜冷卻葉片的基礎上添加了沖擊和擾流冷卻結構，發(fā)現(xiàn)沖擊和擾流