渦輪葉片尾緣旋流冷卻特性研究.pdf

1、隨著航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的迅速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和推重比的不斷提高，所需渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟纫膊粩嗌?。渦輪葉片之所以能夠在嚴(yán)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(shí)離不開高效的強(qiáng)化冷卻技術(shù)。渦輪葉片尾緣熱負(fù)荷高，且受氣動(dòng)性能要求，設(shè)計(jì)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(jì)的難題之一。現(xiàn)階段通常采用擾流柱或交叉肋進(jìn)行強(qiáng)化換熱，同時(shí)，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(jìn)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(jī)理和效果。首先將葉片尾緣部分簡化成等腰梯形，設(shè)計(jì)三種不同的旋流冷卻結(jié)構(gòu)，利用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)其梯形通道內(nèi)的流動(dòng)換熱特性進(jìn)行對(duì)比，并改變旋流結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析其對(duì)流動(dòng)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(jìn)流布置對(duì)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(huì)產(chǎn)生渦旋，從而可以有效強(qiáng)化通道內(nèi)的對(duì)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(qiáng)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(gè)最佳值；相對(duì)于各腔射流孔順排，射流孔錯(cuò)排利于流體沿展向的對(duì)流換熱和冷卻效果更為均勻，且射流孔傾角為0°時(shí)，通道冷卻效果最好。
　　其次，將旋流冷卻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實(shí)際渦輪葉片上，在葉片尾緣設(shè)計(jì)六種不同旋向組合的旋流結(jié)構(gòu)，對(duì)葉柵通道和葉片尾緣內(nèi)部流動(dòng)和換熱特性進(jìn)行研究分析，并與常規(guī)的凸臺(tái)擾流柱冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比