【摘 要】
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本文运用实验和数值仿真相结合的方法,对高压涡轮导向叶片全气膜冷却特性进行研究。叶片前缘布置5排复合角气膜孔形成对吹孔结构,吸力面和压力面分别布置5排和16排气膜孔。叶栅入口雷诺数为1.2×10~5、2.4×10~5和3.6×10~5,吹风比为1.0、1.5和2.0。研究了不同叶栅入口雷诺数和不同吹风比对高压涡轮导向叶片全表面气膜冷却效率和换热系数的影响。实验结果表明:前缘对吹孔使冷气向吸力面和压力
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本文运用实验和数值仿真相结合的方法,对高压涡轮导向叶片全气膜冷却特性进行研究。叶片前缘布置5排复合角气膜孔形成对吹孔结构,吸力面和压力面分别布置5排和16排气膜孔。叶栅入口雷诺数为1.2×10~5、2.4×10~5和3.6×10~5,吹风比为1.0、1.5和2.0。研究了不同叶栅入口雷诺数和不同吹风比对高压涡轮导向叶片全表面气膜冷却效率和换热系数的影响。实验结果表明:前缘对吹孔使冷气向吸力面和压力面中截面聚集,导致吸力面中截面区域换热增强。吹风比1.0时,压力面0＜S/L＜0.2区域中截面处换热系数小。吹风比1.5和2.0时,压力面0＜S/L＜0.2区域换热系数明显提升。吹风比过高使冷气向吸力面中截面处积聚严重,导致吸力面叶根和叶尖区域气膜覆盖效果差,这一点应当在气膜冷却设计中充分考虑。雷诺数1.2×10~5时,压力面气膜覆盖呈发散状;雷诺数2.4×10~5和3.6×10~5时,压力面气膜覆盖宽度沿流向先变窄后变宽。数值模拟结果表明:1个腔整体供气时,吹风比1.0工况,压力面P1-P4孔排中截面处出现低气膜冷却效率区。吹风比1.5工况,此区域气膜冷却效率明显提升。吹风比2.0工况,气膜冷却效率仅有小幅增加,且冷气动量过大,在压力面中截面处积聚严重,展向覆盖变差。在叶片吸力面,吹风比1.5工况较吹风比1.0工况,气膜冷却效率明显增加。吹风比2.0工况较吹风比1.5工况,冷气动量过大穿透边界层飞离壁面,气膜冷却效率无明显变化,造成冷气浪费。分腔供气使冷气出流更加均匀,提高了叶片表面展向气膜覆盖效果。1个腔整体供气时,压力面换热系数出现先减小后增加的现象。所有工况下,压力面孔排P1-P4区域,换热系数最低,且受前缘对吹孔影响,此区域换热系数分布不均,与实验结果一致。分腔供气没有明显改变叶片表面换热系数的趋势和大小,但使叶片表面换热系数分布更加均匀。
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