渦輪葉片尾緣偏劈縫冷卻結(jié)構(gòu)及其特性的數(shù)值研究.pdf

1、渦輪葉片進(jìn)口燃?xì)鉁囟鹊奶岣哂欣谠黾訙u輪的輸出功率。在高性能的燃?xì)廨啓C(jī)中，通常渦輪葉片進(jìn)口的燃?xì)鉁囟瘸隽巳~片材料的溫度極限，所以必須采用葉片冷卻技術(shù)，這樣才能保證渦輪葉片在高溫、高壓和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地運(yùn)行。基于現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)的研究和改進(jìn)，是先進(jìn)冷卻技術(shù)的核心內(nèi)容，是渦輪葉片安全運(yùn)行的保證。因此，渦輪葉片尾緣偏劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的研究的意義非常重大。
　　本文首先構(gòu)造了渦輪葉片尾緣偏劈縫的冷卻結(jié)構(gòu)，建立了

2、相應(yīng)的物理模型與三維數(shù)學(xué)模型，采用有限容積法對(duì)此結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的冷卻效果進(jìn)行了數(shù)值模擬，借助商用軟件FLUENT6.3進(jìn)行求解，將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了模型的可靠性;分別研究了不同孔縫內(nèi)夾角、有柵隔和無(wú)柵隔結(jié)構(gòu)以及氣流參數(shù)對(duì)偏劈縫氣膜冷卻特性的影響;最后給出了本文研究的主要結(jié)論。文中考慮到偏劈縫結(jié)構(gòu)氣膜冷卻流場(chǎng)的特殊性，即壁面兩側(cè)均為熱端，采用了兩種不同的定義方法來(lái)作為衡量氣膜冷卻特性的指標(biāo)，分別是氣膜冷卻效率和冷

3、卻效果，其中氣膜冷卻效率基于絕熱壁溫，冷卻效果基于實(shí)際壁溫。由于冷卻效果不僅體現(xiàn)了氣膜的隔熱作用，還體現(xiàn)了吸壓側(cè)傳熱的影響，因而對(duì)于工程設(shè)計(jì)更具有直觀的效果。
　　研究了氣流參數(shù)對(duì)偏劈縫結(jié)構(gòu)氣膜冷卻的影響。在雷諾數(shù)為1.5×104～1.6×105的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)雷諾數(shù)對(duì)孔縫中心線下游的氣膜冷卻效率的影響不明顯，柵隔中心線下游的氣膜冷卻效率隨雷諾數(shù)的增大而增大;雷諾數(shù)的增大有利于孔縫中心線下游的冷卻效果的提高，但柵隔中心線下游的冷卻效

4、果是先增大后減小的變化趨勢(shì)。在吹風(fēng)比為0.4～1.6的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)吹風(fēng)比的增大導(dǎo)致孔縫中心線下游的氣膜冷卻效率產(chǎn)生很小的增加，但會(huì)引起柵隔中心線下游的氣膜冷卻效率降低;另外，吹風(fēng)比的增大有利于偏劈縫結(jié)構(gòu)冷卻效果的提高。
　　通過(guò)研究偏劈縫結(jié)構(gòu)不同孔縫內(nèi)夾角的氣膜冷卻特性，發(fā)現(xiàn)孔縫內(nèi)夾角的增大有利于氣膜冷卻效率的提高，但冷卻效果卻隨著孔縫內(nèi)夾角的增大而減小。在主流雷諾數(shù)為3.0×105和吹風(fēng)比為1.0的工況下，孔縫內(nèi)夾角從0°變化到