涡轮叶片前缘强化旋流–气膜复合高效冷却研究

作     者：李菲 栾勇 饶宇 程宇立 

作者机构：上海交通大学机械与动力工程学院 上海交通大学深圳研究院 

出 版 物：《工程热物理学报》 (Journal of Engineering Thermophysics)

年 卷 期：2024年第10期

页      面：3101-3110页

核心收录：

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.11972230) 上海市科委政府间国际科技合作项目(No.20110711000) 深圳市科技计划资助项目(No.JCYJ20210324123404011) 

主　　题：涡轮叶片前缘 冲击冷却 旋流–气膜复合冷却 冷却强化 耦合传热 

摘      要：本文建立了GE-E3高压涡轮第一级动叶前缘复合冷却模型，利用流热固耦合传热方法数值研究了冲击–气膜复合冷却和旋流–气膜复合冷却的流动换热特性，考虑了实际主流对前缘复合冷却效果的影响。在此基础上提出了内部凸脊通道的强化旋流–气膜复合冷却新型结构，分析了不同吹风比下前缘冷却模型的流场结构和传热分布。结果表明：在研究范围内，与冲击冷却相比，旋流冷却具有更均匀的传热分布和更低的压力损失；旋流在光滑内壁的冷却通道中平均努塞尔数可以提升17.6%以上，前缘平均综合冷效可以提升4.7%～7.2%，冷气端压力损失可降低4.7%～5.1%；而凸脊结构进一步强化了旋流冷却，内部冷却通道的平均努塞尔数可以显著提升37.7%以上，平均综合冷效可以提升6.1%～11.8%，压损可降低3.9%～4.1%。