冷卻葉片尾緣偏劈縫的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著大載荷跨音速導向葉片的發(fā)展，對渦輪葉片尾部冷卻提出了極為嚴酷的要求。由于尾部薄而長的幾何形狀導致了冷卻因難，很容易形成尾緣局部高溫區(qū)，因此必須對葉片尾緣進行有效的冷卻。對于尾緣的冷卻結(jié)構(gòu)——偏劈縫結(jié)構(gòu)的冷卻方式實際上是槽縫式的氣膜冷卻，其冷卻特性主要受偏劈縫后的尾緣長度、偏劈縫長度與間距比、偏劈縫長寬比、偏劈縫出氣角、吹風比（ ）及Reynolds數(shù)等參數(shù)的影響。本文在半封閉式加熱系統(tǒng)和冷風系統(tǒng)的雙系統(tǒng)實驗風洞中研究了當葉盤與葉背夾

2、角為10o的楔形通內(nèi)冷通道沒有布置擾流柱時以上各變化參數(shù)對葉片尾緣冷卻的影響，目的在于對尾緣偏劈縫冷卻結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。 實驗中利用雙針管測速探頭對偏劈縫下游的流場進行了測定。分析了偏劈縫孔縫下游冷卻氣體第一測量點速度特性，并以吹風比為例研究了偏劈縫孔縫下游平行于板方向的速度分布。同時，探討了偏劈縫前后壓力系數(shù)隨偏劈縫各參數(shù)的變化關(guān)系。實驗表明：壓力系數(shù)隨著尾緣長度的增加，先增大后減??；隨著偏劈縫長度與間距比的增大而增大；而當偏

3、劈縫的長寬比減小時，壓力系數(shù)卻增大；隨著偏劈縫出氣角的增大，壓力系數(shù)先減小后增大；隨著吹風比的增大，壓力系數(shù)先增大后減??；隨著雷諾數(shù)的增大而減小。 通過對尾緣的溫度分布的測定，獲得了尾緣的冷卻特性隨偏劈縫各參數(shù)的變化關(guān)系。由于冷卻氣體在葉片尾緣冷氣側(cè)氣膜冷卻的作用，尾緣冷氣側(cè)的冷卻效果比熱氣側(cè)對應點的冷卻效果要好，并且在葉片的冷氣側(cè)在與偏劈縫相同距離的地方，偏劈縫孔縫下游的冷卻效果比柵隔下游的冷卻效果好。葉片尾緣氣膜冷卻效果值最

4、小即溫度最高處不在尾緣的尾端，而是在葉片熱氣側(cè)近尾端的地方。 尾緣的平均冷卻效果隨著尾緣長度的增加而減??；隨著偏劈縫長度與間距比的增大而增大，隨著偏劈縫的長寬比的增大而減??；隨著偏劈縫出氣角的增大而減小；隨著吹風比的增大，先增大后減小，最好的冷卻效果出現(xiàn)在 的附近區(qū)域；隨著雷諾數(shù)的增大而增大。并對平均冷卻效果進行擬合得出了相應的實驗關(guān)聯(lián)式。還與通道中設有擾流柱的實驗結(jié)果作了對比，比較發(fā)現(xiàn)當楔形內(nèi)冷通道布置擾流柱時尾緣冷卻效果比沒

5、有擾流柱時的冷卻效果要好，并研究了設置擾流柱時尾緣的冷卻效果隨幾何結(jié)構(gòu)變化趨勢上的差異。 本文應用紊流模型對冷卻葉片尾緣偏劈縫的結(jié)構(gòu)進行了二維數(shù)值模擬，研究了不同參數(shù)對尾緣冷卻效果的影響以及分析了尾緣處的溫度場分布。在實際情況中冷卻氣體是從主流通道一側(cè)進入，使得二維計算物理模型冷卻氣體入口的邊界條件難于給定，本文采取在計算模型最前端增加微小冷卻氣體入口通道（此通道正好與主流來流平行）的辦法來模擬實際的流動情況進行計算。驗算結(jié)果表

6、明：此方法不會影響尾緣處的局部流場分布。 數(shù)值模擬結(jié)果表明：隨著尾緣長度的增大，平均冷卻效果的變化可近似認為是一條略微向下的曲線，冷卻效果稍微變差；隨著偏劈縫出氣角的增大，平均冷卻效果先減小后增大，當偏劈縫出氣角為0o時，尾緣冷卻效果最好；隨著Re數(shù)和M的增大，平均冷卻效果越來越好。 針對偏劈縫柵隔后渦流流場的測量問題，本文理論設計出可測量流場中任意點的流速和流向的新型測速管，并對其測量的標定方法和實施方法作了詳細的說明