旋转状态下气膜冷却偏转理论及冷却特性的数值模拟

admin · 发表于昨天 18:10

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气膜冷却是现代燃气轮机涡轮叶片中重要的冷却方式之一。在涡轮前进口总温逐年提高的情况下，气膜冷却技术在有效降低涡轮叶片表面温度和热应力方面发挥着重要作用。目前为止很多学者对静止状态下的气膜冷却技术进行了大量的研究并且成果显著，但是由于真实燃气轮机涡轮叶片的气膜冷却技术是在旋转状态下应用的，这将使很多静止状态下的研究成果在应用上受到一定限制。本论文在大量实验研究的同时借助CFD数值模拟的方法对旋转状态下平板叶片模型的气膜冷却冷气偏转机理及冷却特性进行研究，并且与实验结果进行对比分析，找到决定冷却气体偏转的因素，为进一步的实验研究提供参考。在旋转状态下，影响气膜偏转的因素很多，新引入的旋转附加力以及边界条件都可能对冷气的偏转产生影响。通过调整计算模型的相关参数，在保证计算结果和实验结果尽量相似的情况下分析计算结果中实验时没有测量的流场信息，提出了旋转附加力在实验工况下不是影响冷气偏转的决定性因素，出口回流决定了气膜偏转方向和程度的观点，并且加以证明。同时采用数值模拟的方法对旋转状态下平板叶片模型孔排的气膜冷却效率进行研究，分析了吹风比，旋转数和主流雷诺数对冷却效率的影响。研究发现，改变主流雷诺数对冷却效率的影响很小。吹风比决定了冷气出流与主流掺混的流动形态。在旋转数逐渐增大的过程中，压力面和吸力面的冷却效率有所上升，并且伴随着吹风比的增大气膜出现了明显的分离再附壁现象，吸力面随着旋转数的升高冷却效率也随之上升，但是上升幅度没有压力面明显。

旋转状态下气膜冷却偏转理论及冷却特性的数值模拟

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