燃?xì)鉁u輪葉片尾緣冷卻結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)及數(shù)值分析.pdf

1、燃?xì)廨啓C(jī)在航空、船舶及發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，隨著社會(huì)的發(fā)展，燃機(jī)技術(shù)也在不斷發(fā)展，而提高渦輪前溫度是提高燃機(jī)性能的重要措施之一，但隨之帶來(lái)了葉片材料無(wú)法耐受高溫的問(wèn)題，要確保燃機(jī)正常運(yùn)行，就需要采用先進(jìn)的冷卻技術(shù)。
　　葉片尾緣冷卻受限于空間狹小，具有溫度高及應(yīng)力集中的特點(diǎn)，導(dǎo)致冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難，在設(shè)計(jì)冷卻葉片時(shí)需要特別重視。其次葉片冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)“設(shè)計(jì)-校核-改進(jìn)”的迭代過(guò)程，需要不斷的修改和優(yōu)化，這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程費(fèi)時(shí)

2、費(fèi)力，所以有必要提出一種高效的設(shè)計(jì)方法。
　　為提高設(shè)計(jì)效率，本文基于已有的葉片前緣及中部冷卻結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模的基礎(chǔ)，搭建了復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)優(yōu)化平臺(tái)，其基本思想為：將葉片冷卻結(jié)構(gòu)化整為零，分析冷卻結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)，確定冷卻結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)流程及方法，編寫(xiě)Matlab程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化方法功能，編寫(xiě)NX二次開(kāi)發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)造型功能，利用平臺(tái)調(diào)用二次開(kāi)發(fā)程序即可實(shí)現(xiàn)快速建模與優(yōu)化，可大幅度減少設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)效率。
　　首先，本文提出

3、并建立了半/全劈縫、圓形/水滴形擾流柱群、旋流冷卻結(jié)構(gòu)及新型三維尾緣冷卻結(jié)構(gòu)-編織結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法；其次利用參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，基于某燃機(jī)一級(jí)靜葉分別構(gòu)建了四種不同尾緣結(jié)構(gòu)的復(fù)合冷卻葉片，葉身冷卻特征包括：氣膜孔、沖擊孔、繞流肋和隔板等結(jié)構(gòu)；尾緣結(jié)構(gòu)分別是：半劈縫+圓形/水滴形擾流柱群、旋流冷卻及編織結(jié)構(gòu)；最后對(duì)復(fù)合冷卻葉片進(jìn)行氣熱耦合數(shù)值計(jì)算，分析了尾緣結(jié)構(gòu)的冷卻機(jī)理。當(dāng)尾緣為擾流柱群結(jié)構(gòu)時(shí)，葉片在復(fù)合冷卻的作用下，除尾緣葉根處存在局

4、部高溫區(qū)外，葉片溫度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；水滴擾流柱群相比圓形擾流柱群結(jié)構(gòu)壓力損失系數(shù)低42.9％，葉片后腔冷氣進(jìn)口壓力更低，后腔氣膜孔出流流量更大；圓形柱群內(nèi)部由于馬蹄渦與通道渦的影響具有更強(qiáng)的換熱能力，但水滴形柱群的綜合換熱系數(shù)相對(duì)圓形柱群高47.07%，應(yīng)用價(jià)值更高。
　　尾緣旋流沖擊結(jié)構(gòu)與編織結(jié)構(gòu)具有更高的壓力損失系數(shù)，尾緣冷氣出流流量進(jìn)一步減小，后腔氣膜孔出流流量更大。旋流沖擊結(jié)構(gòu)中換熱能力為沖擊通道>旋流腔>收縮通道，流動(dòng)在