转子叶片叶尖排气流动和换热特性研究

admin · 发表于 2022-9-25 12:24:33

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雅宝题库解析：
为了提高热效率和输出功，现代高性能燃气轮机涡轮进口温度在不断的提高。叶片的顶部区域即叶尖承受着巨大的热负荷。为了保证安全性，对该处气体的流动情况，换热情况以及如何合理冷却展开研究是必要的。叶尖泄漏流动产生的原因是叶片压力面与吸力面存在压差，这种泄漏流不但会降低叶片的气动性能，而且由于叶顶区域流速高，边界层薄，导致该区域承受很大的热负荷。本文采用数值模拟的方法，以一种先进的高压涡轮转子叶片叶尖结构为研究对象（文中称其为坡结构特型围带叶尖），对比分析了平顶叶尖结构和特型围带叶尖结构叶顶处的流动及换热情况，进而对坡结构特型围带叶尖降低叶顶泄漏流动以及叶顶换热的效果进行评价，并且在此基础上，研究了旋转、叶尖间隙值以及燃气进口Re数对于叶顶区域流动和换热的影响。结果表明：旋转作用会导致叶尖泄漏流动的加强，但对总体换热情况影响不大；叶尖间隙值增大，会使叶尖泄漏流动增强，从而导致叶顶区域换热增强；进口燃气的Re数增大，叶尖泄漏流增大，叶顶处换热增强。在已有的对叶尖区域流动与换热研究的基础上，针对上述三种叶尖结构叶顶区域的气膜冷却情况进行了研究。分析对比了三种冷气出流方式（叶顶冷气出流、压力边冷气出流、叶顶压力边联合冷气出流）在不同冷气平均吹风比（0.5,1.0,2.0）下的冷却效果。结果显示：对于平顶叶尖结构，压力边冷却方式效果好于叶顶冷却方式（除吹风比为0.5的情况）。叶顶冷却和叶顶压力边联合冷却方式下的平顶叶尖，其绝热气膜冷效随吹风比的增大先升高后降低，在吹风比为1时气膜冷效值最高；压力边冷却方式下的平顶叶尖，其绝热气膜冷效随吹风比增大而升高。两种围带叶尖的面积平均绝热气膜冷效随吹风比增加而增大。对于平顶叶尖，压力边冷气出流能够改善叶顶气膜冷却的覆盖，明显的提高气膜冷效。对于特型围带叶尖和坡结构特型围带叶尖，压力边冷气的注入对叶尖泄漏气流主要起到阻隔作用。本文还研究了旋转和叶尖间隙值对于叶顶气膜冷却效果的影响，研究发现：旋转作用降低了叶尖的绝热气膜冷却效率；叶尖处绝热气膜冷效值随叶尖间隙值增大而增加。

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