气膜孔堵塞对叶片吸力面气膜冷却的影响

郭云修， 李广超， 曾 睿， 张 魏， 朱建勇

(沈阳航空航天大学 航空发动机学院， 沈阳 110136)

燃气轮机的涡轮叶片长期经受高温燃气侵蚀，工作环境极为恶劣[1]。将耐高温、高隔热的陶瓷材料喷涂在叶片表面形成热障涂层，热障涂层与气膜冷却共同起到降低合金基体温度的作用[2-4]。气膜孔和冷却壁面几何形状以及孔间距对气膜冷却有显著影响。唐学智等[5]的研究表明随着孔间距的增大，气膜覆盖范围变小且气膜冷却效率降低。戴萍等[6]的研究表明前向扩张孔的气膜冷却效率高于圆柱形孔，同时前向扩张孔的气膜沿展向覆盖范围更广。李广超等[7]对单入口-双出口的气膜孔进行了研究，结果表明这种孔型使气膜贴附性更好、气膜冷却效率更高。发动机吸入的灰尘等污染物在气膜孔出口附近沉积，以及气膜孔激光加工和热障涂层制备造成的气膜孔出口堵塞，都会影响气膜冷却效果。

在热障涂层喷涂涡轮叶片表面过程中，热障涂层主要在气膜孔出口处沉积，使得气膜孔出口形状发生改变。Bunker[16]对带有气膜孔的平板喷涂热障涂层，得到了气膜孔出口处热障涂层沉积的几何形状。热障涂层在气膜孔尾缘位置沉积，使气膜孔出口截面积减小，冷气流量和动量发生变化，进而影响气膜冷却效果。Whitfield等[17]对气膜孔出口处的热障涂层结构进行了几何定义，并分析了异形气膜孔内热障涂层堵塞对气膜冷却效率的影响，结果表明气膜冷却效率在低吹风比时受堵塞的影响较小，在高吹风比时受堵塞的影响较大。……