通气孔对动叶冷却结构流动和换热特性的影响

董爱华， 颜培刚， 钱潇如， 韩万金，王庆超

(1.哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院，哈尔滨 150001；2.哈尔滨电气集团公司中央研究院，哈尔滨 150028)

在燃气涡轮的研制中，首要的关键技术是能够设计满足较高性能要求的冷却结构[1]。工程实际要求冷却结构既要具有强而均匀的冷却能力，又要有低的流动阻力，保证冷却结构进口对冷气压力的需求在压气机所能提供的范围内[2]。燃气涡轮中冷却设计的范围很广，从简单的内部通道到复杂的带有成型气膜孔的双层壁冷却[3]。James等[4]提出“反向涡”气膜冷却设计概念(DJFC)，在气膜孔两侧，构建两个相邻的分支，使气膜孔出流两侧各附着一个小旋涡；与单一圆孔出流相比，DJFC具有高冷却效应，而且制作方便。Ravelli等[5]采用SBES湍流模型研究了第一级涡轮叶片上的压力侧气膜冷却旋涡的发展，并分析了冷却剂与主流质量流量比对气膜冷却旋涡的影响。Aillaud等[6]采用大涡数值模拟(LES)与实验相结合的方法研究了尾缘劈缝处扰流肋的存在对跨音速叶片尾缘的气膜冷却效率的影响；结果表明，康达效应的出现使射流合并是造成翼展方向绝热效率不均匀的主要原因。Kunze等[7]将高精度湍流模型与PIV实验结合，研究了叶片主体部分的蛇形通道高性能扰流冷却，清晰再现了肋片附近以及转弯处的不稳定涡系结构，研究结果表明，在转弯通道应用后倾三角形肋片，能同时获得良好的气动和传热特性。

近年来，涌现了许多高性能的冷却结构，包括对称与非对称扇形孔[8]、横向凹槽式抗涡孔[9]、猫耳和月牙型组合孔[10]、树形气膜孔[11]以及各种新型气膜出流与冲击射流组合的新型冷却结构[12]；……