渦輪冷卻葉片尾緣擾流柱分布的傳熱和阻力特性的數(shù)值計算與實驗研究.pdf

1、由熱力循環(huán)可知，燃氣輪機的性能受渦輪進口燃氣溫度的影響較大，提高渦輪進口溫度是改善渦輪發(fā)動機性能的發(fā)展趨勢。因此，為保證燃氣輪機的使用壽命和安全性，渦輪葉片必須采取冷卻措施。在渦輪葉片的內(nèi)冷通道中布置多排擾流柱是一種常用的強化冷卻手段，主要用于加強冷氣的擾動，達到增強換熱的效果。但渦輪葉片尾緣中的擾流柱排列方式大都是按幾何意義上進行叉排排列而不是沿著流向的叉排。根據(jù)實際應(yīng)用的需要，本文采用數(shù)值模擬和實驗研究兩種方法，對葉片尾緣擾流柱沿流

2、動方向進行叉排分布的通道的傳熱和阻力特性進行了研究，并與幾何意義上叉排的擾流柱通道進行了對比分析。 通過對尾緣擾流柱梯形通道進行二維的數(shù)值計算，對所提供的渦輪冷卻葉片尾緣結(jié)構(gòu)，經(jīng)過反復(fù)的校核計算，找出了一種沿流向叉排的擾流柱排列方式；通過對此優(yōu)化分布通道和現(xiàn)有分布通道的三維數(shù)值模擬，進行了傳熱和阻力特性的對比分析，結(jié)果表明；對于現(xiàn)有通道和優(yōu)化通道，相同雷諾數(shù)時優(yōu)化通道的換熱效果比現(xiàn)有通道的換熱效果好，但壓力損失也比現(xiàn)有通道的壓力

3、損失大，好的換熱效果是以流動阻力的損失為代價的。 為研究直徑與平均間距比在不同工況下對流動和換熱的影響，本文進行了優(yōu)化分布下擾流柱直徑/密度比(分別計算直徑/平均間距比為0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8的工況)對傳熱和阻力特性的影響的研究。結(jié)果表明優(yōu)化通道中隨著擾流柱直徑密度比的增大，換熱效果越好。 實驗在一個包括冷風系統(tǒng)和電加熱系統(tǒng)的測試段完成，其中加熱系統(tǒng)提供等熱流密度。設(shè)計加工了渦輪葉片尾緣冷

4、卻結(jié)構(gòu)的梯形通道的模型，試件是根據(jù)相似原理把實際葉片尾緣的很小一部分放大25倍而成。 實驗中對不同雷諾數(shù)下現(xiàn)有擾流柱分布通道和優(yōu)化后的擾流柱分布通道的溫度分布進行了測量，包括壁面溫度和進出口的溫度；并對兩種分布通道進出口的靜壓值進行了測量。通過分析溫度值和壓力值來研究擾流柱分布對通道流動的影響，同時為了更好的比較，文中還采用將溫度差轉(zhuǎn)化為無量綱的努塞爾數(shù)和靜壓差轉(zhuǎn)化為無量綱的壓力降來進行分析。實驗研究得到的結(jié)論主要有通道換熱效果