透平级带压力侧小翼凹槽叶顶的传热与气膜冷却性能研究

作     者：吴琛琦 何坤 晏鑫 WU Chenqi;HE Kun;YAN Xin

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：2022年第56卷第3期

页      面：147-159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：国家自然科学基金资助项目(52076165) 

主　　题：燃气轮机 叶顶 小翼 凹槽 传热 气膜冷却 

摘      要：采用数值方法研究了发动机工况下燃气透平第一级动叶带压力侧小翼的凹槽叶顶冷却传热性能,分析了7种小翼结构(等截面小翼、扭曲型小翼等)对透平级气动性能与传热系数分布的影响,对比了单排气膜孔、双排气膜孔条件下传统凹槽叶顶、无压力侧肩壁凹槽叶顶、带压力侧小翼凹槽叶顶的冷却传热效果。结果表明:传统凹槽叶顶槽底存在高传热区,合理的压力侧小翼结构设计能有效消除槽底高传热区、降低凹槽叶顶的平均传热系数;相对于传统凹槽叶顶,带圆角扭曲型小翼凹槽叶顶的平均传热系数下降了约16.45%。叶顶气膜孔能有效降低叶顶的平均传热系数,且双排孔结构下叶顶气膜冷却效率有明显提升。对于单排气膜冷却孔结构,带压力侧小翼凹槽叶顶气膜冷却效率优势不明显,可通过加入压力侧气膜孔提升其传热与冷却性能;在双排孔冷却结构下,带压力侧小翼凹槽叶顶平均传热系数比传统凹槽叶顶减小0.76%,比无压力侧肩壁凹槽叶顶减小7.84%,气膜冷却效率比传统凹槽叶顶增大9.13%,比无压力侧肩壁凹槽叶顶增大9.6%。