某燃氣渦輪高壓級葉柵冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計及氣熱耦合數(shù)值模擬.pdf

1、先進燃氣渦輪為了獲得更高的效率，不斷提高渦輪入口燃氣溫度。然而隨著燃氣溫度的不斷提高，葉片熱負(fù)荷增大，溫度隨之上升，熱應(yīng)力也不斷增大，對葉片產(chǎn)生了極大的危害，因此為了保證葉片的安全運行、提高其使用壽命，采用先進冷卻技術(shù)降低渦輪葉片溫度也就成為當(dāng)前發(fā)動機研制的重點。本文針對某型燃氣渦輪高壓級葉柵的熱負(fù)荷特點，設(shè)計了該級高壓導(dǎo)葉和動葉的冷卻結(jié)構(gòu)，并通過氣熱耦合數(shù)值模擬，對此冷卻結(jié)構(gòu)進行了流動與傳熱分析。
　　本文對高壓級導(dǎo)葉的前緣采用

2、氣膜--沖擊復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)，中腔是沖擊冷卻，尾緣采取劈縫形式，應(yīng)用條形通道加強換熱效果。高壓級動葉的前緣及中部采用壁面遍布擾流肋的蛇形通道結(jié)構(gòu)，尾部則用類“井”字形結(jié)構(gòu)強化換熱。筆者利用三維造體軟件 UG NX5.0并結(jié)合了參數(shù)化造型方法進行冷卻結(jié)構(gòu)的實體建模，利用ICEM劃分網(wǎng)格，最終應(yīng)用ANSYS CFX對此燃氣渦輪高壓級葉柵進行了氣熱耦合數(shù)值模擬。
　　通過 CFD模擬得到了導(dǎo)葉和動葉葉片溫度場，并結(jié)合燃氣、冷氣的壓力分布、流

3、動過程、換熱系數(shù)及熱流密度等氣動、傳熱參數(shù)分析了冷氣對于葉片換熱的影響，結(jié)果表明：冷卻氣膜孔較好的覆蓋了導(dǎo)葉的外表面，減少了葉身與燃氣的換熱量，沖擊冷氣的噴射強化了內(nèi)壁面沖擊區(qū)域的換熱系數(shù)，提高了內(nèi)壁面與冷氣的換熱量，有效的降低了葉片溫度。導(dǎo)葉尾緣區(qū)域的條形通道，即增大了換熱面積，又加強了擾流，提高了內(nèi)壁面換熱系數(shù)，因此提高了換熱量，達到了冷卻要求；動葉的蛇形通道結(jié)構(gòu)提高了冷氣的利用率，通道內(nèi)壁面上大量的擾流肋加強了對冷氣的擾流作用，提