发动机工况下透平级凹槽叶顶冷却传热性能研究

于金杏,叶明亮,晏鑫

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

凹槽叶顶是目前高压透平中应用最为广泛的叶顶结构[1]。随着透平进口温度的升高,凹槽叶顶的热负荷不断增大,需要采用叶顶冷却技术来保证透平的运行安全。气膜冷却是重要的高效叶顶冷却技术[2],对于增强热端部件的热防护,确保透平的运行安全起到了关键作用。对凹槽叶顶气膜冷却和传热性能开展研究具有十分重要的学术和工程研究价值。

叶顶气膜孔的布置方案是影响凹槽叶顶气膜冷却有效性的重要因素之一[2]。Kwak等的实验研究发现:当气膜孔布置在凹槽底部中弧线位置时,冷却流可以对凹槽底部压力侧及尾缘形成良好的冷却[3]。叶明亮等的数值研究发现:在带隔板的凹槽叶顶中,中弧线气膜孔能够有效降低叶顶整体热负荷[4]。Jeong等利用一维瞬态液晶技术对凹槽底部吸力侧存在气膜孔的凹槽叶顶进行了实验研究,发现靠近吸力侧的冷却流在凹槽腔室涡的作用下对凹槽底部形成了有效的覆盖[5]。Sakaoglu等采用数值方法研究了中弧线和凹槽底部压力侧气膜孔直径大小的影响,发现当孔径较大时冷却流速度较低,气膜覆盖范围较大,冷却效果较好[6]。但是,在透平级环境中,凹槽叶顶的冷却传热性能会发生显著变化。叶明亮等对存在中弧线气膜孔的透平级凹槽叶顶进行了数值研究,发现叶顶旋转效应增强了凹槽底部吸力侧的冷却效果[7]。

冷却流流量对凹槽叶顶气膜冷却性能有重要的影响[8]。……