热斑压力比对气冷涡轮叶栅表面热负荷的影响

苗 辉，朱江楠，马薏文，刘志刚，张晓东

(1.中国航空发动机研究院，北京 101304；2.中国航发四川燃气涡轮研究院，成都 610500)

1 引言

在航空发动机实际工作中，燃烧室出口截面(即涡轮进口截面)的燃气温度存在严重的非均匀性，该截面最高温度会明显高于平均温度，差值高达100～200 K，这种局部的高温气流被称作热斑[1]。热斑的存在显著增加了涡轮的热负荷，极大地影响着涡轮的可靠性和使用寿命。充分掌握涡轮进口热斑的影响规律及影响因素，是涡轮部件冷却结构精细化设计的必要条件。国外学者已经通过数值与试验研究对涡轮进口热斑迁移特性开展了探讨。其中最早被研究的一个对热斑有明显影响的因素是热斑引入位置与叶片之间的相对位置[2]，其他相关影响因素还有热斑的形状[3-4]、热斑与主流气体温度比[5]、叶栅结构形状[6-9]以及冷却流[10-11]等。国内有关热斑影响的研究起步相对较晚，2000年左右的才开始开展了一些数值与试验研究[12-15]。

热斑引入的周向、径向位置差异会造成涡轮叶栅内温度场的不同表现。周向位置上，在热斑完全冲击第一级静叶时，热斑热流与静叶尾迹混合后作用在动叶上的热负荷明显变小，第二级导叶上的热负荷也可被减轻，但此时付出了第一级导叶热负荷激增的代价[16]。径向位置上，在热斑往叶尖方向移动时，轮毂附近的热负荷逐渐降低，涡轮机匣附近热负荷则上升。综合考虑理想的热斑引入位置时，最佳选择应该是将热斑直接正向冲击在第一级导叶靠近叶根位置[17]。……