燃气温度和转速对发动机叶片冷却效果的影响

邓丽君, 余 毅, 张 平

(1.中国航发湖南动力机械研究所,湖南 株洲 412002;2.桂林电子科技大学 机电工程学院,广西 桂林 541004)

冷却效果试验是航空发动机涡轮冷却叶片研制过程中的一个重要环节,目的是模拟发动机实际工作状态,确定涡轮冷却叶片的冷却效果和冷却特性,验证该叶片冷却设计是否满足要求,为涡轮叶片的冷却设计改进和故障分析提供依据。

目前,由于试验设备受限,国内涡轮叶片的冷却效果试验多为静止状态下的中温中压模化试验[1-2],不仅无法考虑旋转状态下流体产生的离心浮升力和哥氏力等附加作用力对叶片换热的影响[3-8],而且利用相似准则换算时存在一些假设条件,无法同时满足部分相似准则数[9],导致实验室测试得到的冷却效果与真实发动机设计状态存在一定差异。

为分析发动机实际运行与实验室工况下叶片冷却效果的具体差异,通过数值模拟方法,以某型发动机涡轮冷却叶片为研究对象,开展了燃气进口温度和转速因素对涡轮叶片冷却效果影响的数值模拟研究,为后续基于实验室测试数据,分析发动机实际运行工况下涡轮叶片冷却效果提供了依据。

1 研究模型及研究方法

1.1 计算模型与网格

数值计算采用某航空发动机涡轮冷却叶片的几何模型和工况参数,以保证计算结果的实用性和参考价值。涡轮冷却叶片结构示意图见图1。

图1 涡轮冷却叶片结构示意图

由于叶片内腔结构复杂,为了减少计算量与节省计算资源,建立单个通道的周期计算模型。……