连续收缩扩张气膜孔排冷却特性的数值模拟

周骏飞,王新军,张峰

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)



连续收缩扩张气膜孔排冷却特性的数值模拟

周骏飞,王新军,张峰

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

为研究连续收缩扩张孔的冷却特性,在C3X静叶片上分别建立了连续收缩扩张气膜孔冷却模型、圆柱气膜孔冷却模型和展向扩张气膜孔冷却模型,连续收缩扩张气膜孔每排23个、孔间距为20 mm,展向扩张孔每排19个、孔间距为24 mm,圆柱孔每排19个、孔间距为24 mm。同时,在叶片前部开设了一个U形冷却通道,尾部开设了一个直冷却通道,冷气通过这2个内部冷却通道进入气膜孔。利用ANSYS-ICEM商用软件对上述3种模型进行了结构化网格划分,采用ANSYS-CFX商用软件和SST湍流模型进行了数值计算和分析比较,结果表明:连续收缩扩张孔的气膜冷却效率高于圆柱孔和展向扩张孔,在孔口附近和高吹风比下的优势最明显;连续收缩扩张孔使冷气射流在相邻两孔的交汇处形成了类似反肾形涡结构,该涡的强度不大,但具有良好的延续性和较大的冷气覆盖面积;复合冷却时冷气射流脱离壁面的现象更明显,孔口附近总冷却效率低于绝热冷却效率。在连续收缩扩张孔的实际应用中选择偏大的吹风比和更小的入射角可以提高气膜冷却效率。

收缩扩张孔;气膜冷却;内部冷却;静叶片;数值计算

燃气轮机高温部件必须受到冷却保护,气膜冷却是在透平叶片表面形成低温气体保护层,使叶片能够承受更高的燃气温度。……