燃气透平叶片尾缘开缝结构冷却性能的数值研究

高炎,晏鑫,李军

(西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安)



燃气透平叶片尾缘开缝结构冷却性能的数值研究

高炎,晏鑫,李军

(西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安)

采用包含流体域和固体域的耦合传热数值求解方法,研究了压力侧开缝结构对典型燃气透平叶片尾缘冷却性能的影响,并利用已有的实验数据考核了数值方法的有效性和精度。通过计算获得了不同冷气量、开缝唇厚条件下尾缘部位的冷却性能。结果表明:在所考核的3种涡黏湍流模型中,标准k-ω湍流模型可以较好地模拟叶片尾缘的冷却性能;采用流固耦合传热计算方法可以较好地模拟尾缘开缝出口区域冷却气体的温度分布;增大吹风比可以有效加强内部冷却通道内的对流换热,并增大尾缘开缝出口区域的气膜冷却系数;开缝的高度固定时,唇厚越大,狭缝出口台阶处形成的旋涡尺度增大,减轻了主流流体对狭缝出口壁面的直接冲击,导致狭缝出口区域的总体冷却效果稍微提高,但整体流动损失增大。

尾缘开缝;耦合传热;吹风比;唇厚

现代燃气透平的进口温度远高于叶片材料的熔点,因此需要采用严格的冷却手段来保证叶片的安全性和寿命。为保证机组的气动效率,涡轮叶片的尾缘通常设计得尽可能薄,这就要求尾缘区域必须采用更为有效的冷却措施来避免局部烧蚀[1-2]。在尾缘处通常采用开缝结构进行冷却,即在尾缘压力面侧切除部分结构,使内部冷却通道在此形成一道狭缝,当冷却气体从狭缝内喷出时,会在尾缘区域形成气膜,对高温区进行冷却。……