射流角和质量流量比对涡轮端壁气膜冷却特性的影响

作     者：张韦馨 刘战胜 杨星 刘钊 丰镇平 ZHANG Weixin;LIU Zhansheng;YANG Xing;LIU Zhao;FENG Zhenping

作者机构：西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 

出 版 物：《西安交通大学学报》 (Journal of Xi'an Jiaotong University)

年 卷 期：2021年第55卷第4期

页      面：107-115页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家科技重大专项资助项目(2017-Ⅲ-0009-0035) 

主　　题：涡轮端壁 气膜冷却 射流角 数值研究 

摘      要：为了提高实际燃机涡轮端壁的气膜冷却效率,对某航空发动机涡轮静叶端壁的气膜冷却特性进行了数值模拟研究。首先采用实验结果对湍流模型进行了校核,并验证了所研究模型的网格无关性,在此基础上研究了端壁离散气膜孔的气膜冷却特性,并采用给定实验端壁热流输入条件计算了整个端壁的换热特性;分析了5种冷气质量流量比(1.4%、2.1%、2.7%、3.1%、3.8%)和5种气膜冷气射流角度(20°、25°、30°、35°、40°)下端壁离散气膜孔的流动特性、气膜冷却特性以及换热特性。计算结果表明:相同射流角(40°)条件下,冷气质量流量比为1.4%时,端壁平均气膜冷却效率达到0.21;继续增大冷气质量流量比会导致气膜脱离端壁表面,使得端壁整体的气膜冷却效率下降;随着冷气质量流量比增加,叶栅通道总压损失增加,强化了气膜孔出口处的气流掺混,增加了换热效率;受到端壁二次流以及原有气膜孔结构的影响,气膜冷气射流角度为20°时冷却效果最佳,在相同质量流量比(1.4%)条件下,端壁平均气膜冷却效率达到0.27;减小射流角度对端壁表面换热强度改变较小。