低壓渦輪葉片冷卻結構優化設計.pdf

1、在現代高性能燃氣渦輪發動機中,隨著燃氣初溫的不斷提高,渦輪葉片的冷卻技術也日益受到重視,葉片冷卻技術對提高燃氣輪機出力和熱效率起著越來越重要的作用。交錯肋內冷結構具有較好的冷卻效果,但是其結構復雜且加工難度大、成品率低,因此,對交錯肋冷卻結構的研究具有重要的意義。
　　從國內外公開發表的相關文獻來看,對交錯肋冷卻結構參數優化進行了大量的研究,并取得了很多重要的結論。但是,對該冷卻結構的換熱和壓力損失構成情況研究的還不夠深入,因此,

2、進一步對換熱和壓力損失的組成部分進行量化有利于交錯肋冷卻結構的優化和改進。
　　本文以簡化的平板交錯肋、梯形交錯肋和采用交錯肋作為內冷結構的低壓渦輪葉片為研究對象,利用商用ANSYS軟件對這三類不同結構的模型進行數值模擬,分析換熱和壓力損失情況,并通過在副通道交叉位置添加擾流柱的方法改進交錯肋,以簡化交錯肋結構;將優化后的交錯肋結構應用到低壓渦輪葉片中進行氣熱耦合計算,分析改進后的交錯肋結構對渦輪葉片的冷卻效果。
　　研究結

3、果表明,在平板交錯肋結構中,換熱面積、折轉處沖擊及對下游的擾動和副通道的擾動對換熱的影響分別約為73％、15%和12%;交錯肋通道和折轉結構、折轉處沖擊及對下游的擾動和副通道擾動對總壓損失的影響分別約為60%、32%和8%;在副通道交叉位置添加擾流柱可以強化擾動而顯著提高換熱能力。在梯形交錯肋結構中,收縮截面會降低二次換熱面面積和提高壁面傳熱系數;當梯形面傾角1.5o時,冷卻效果較采取相同改進措施的平板交錯肋大約低5%。在低渦輪葉片中采