高載荷渦輪葉片氣動特性實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究.pdf

1、本文通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式研究了燃?xì)鉁u輪高、低壓葉片的氣動及傳熱特性。首先，在低壓風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺上，對低壓導(dǎo)葉及動葉進(jìn)行了平面葉柵實(shí)驗(yàn)。通過控制葉柵進(jìn)氣角和出口雷諾數(shù)，分析葉柵的氣動性能，其中低壓導(dǎo)葉雷諾數(shù)變化范圍自0.8×105至4.0×105，低壓動葉雷諾數(shù)變化范圍自0.9×105至3.0×105，攻角均從-10°增加至+10°，得到葉柵出口總壓、馬赫數(shù)、氣流角、葉片表面靜壓分布及葉柵出口平均總壓損失。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著雷諾數(shù)的上

2、升，動葉及導(dǎo)葉的總壓損失系數(shù)均呈現(xiàn)出下降的趨勢，葉柵后出口總壓、馬赫數(shù)則不斷增長，而葉柵出口角和葉片表面靜壓系數(shù)沒有變化。當(dāng)攻角從-10°至+10°逐漸增加時(shí)，動葉及導(dǎo)葉的總壓損失也在不斷增加，葉柵尾緣處的出口總壓、馬赫數(shù)則隨之減小。葉柵出口氣流角在-10°、-5°及0°時(shí)基本保持一致，然而當(dāng)正攻角時(shí)，出口角隨著攻角的增加而明顯增大。
　　然后，利用CFX對低壓動葉不同相對節(jié)距（自0.5至1.0范圍內(nèi)，間隔0.1）進(jìn)行了數(shù)值模擬，

3、發(fā)現(xiàn)數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)較吻合，且當(dāng)相對節(jié)距為0.9時(shí)，總壓損失系數(shù)最小。相對節(jié)距每增加0.1，葉柵出口角就相應(yīng)增加大約2°。葉片表面在出口處產(chǎn)生了擴(kuò)壓段，且不斷向葉柵入口處前移，幅度不斷加大，加大了葉型損失。
　　最后，數(shù)值模擬了高壓導(dǎo)葉在氣膜冷卻下，葉片表面溫度場及冷卻效率的變化。對比了在有無冷氣通入時(shí)葉片表面溫度場的變化。在葉柵前緣部分通入相同質(zhì)量流量冷氣的情況下，將馬赫數(shù)Ma（自0.6至0.9）及相對冷氣量Qc（自0.25至1.

4、0）作為控制變量，分析葉片表面氣膜冷卻效率?的變化，其結(jié)論如下：葉片表面溫度場在通入冷氣時(shí)有著很大幅度地下降。隨著馬赫數(shù)的增加，葉片表面最低溫度也相應(yīng)降低，其幅度為每間隔0.1個馬赫數(shù)，溫度降低5K左右。對比葉柵前緣與整體通冷氣時(shí)，葉片表面溫度場隨馬赫數(shù)變化時(shí)的情況可以發(fā)現(xiàn)，在相同馬赫數(shù)下，兩者在葉柵前緣處溫度場并沒有發(fā)生明顯的變化，而葉柵尾緣處則產(chǎn)生了十分明顯的升溫現(xiàn)象。隨著馬赫數(shù)的增長，尾緣處溫度場發(fā)生了明顯的下降。葉片前緣通入不同