考虑叶片径向和垂直于壁面方向导热的涡轮叶片对流冷却模型研究

作     者：王伯鑫 赵巍 隋秀明 周庆晖 赵庆军 WANG Bai-xin;ZHAO Wei;SUI Xiu-ming;ZHOU Qing-hui;ZHAO Qing-jun

作者机构：中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049 中国科学院工程热物理研究所轻型动力重点实验室北京100190 

出 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2020年第41卷第2期

页      面：390-397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：国家重点研发计划(2016YFB0901402) 国家自然科学基金(51776198) 

主　　题：涡轮 叶片 对流冷却 热传导 温度分布 计算模型 

摘      要：为了提高涡轮叶片对流冷却模型预测精度,提出了一种在叶片固壁内同时考虑叶片径向和垂直于壁面方向(法向)导热的二维对流冷却模型。该模型在弦长方向划分多个元素,忽略元素内弦长方向叶片温度变化,在元素内的径向和法向建立二维导热方程作为叶片固壁温度场的控制方程,其边界条件包括叶表燃气绝热温度、燃气侧对流换热系数和叶片叶根、叶顶热流密度等。给出了该模型二维导热方程和边界条件的差分求解方法。以E^3涡轮高压导叶为例,将模型与CFD计算的叶片外壁面温度分布进行了对比。结果表明,该模型在给定冷气量下预测的叶片温度分布变化趋势与CFD相近,最大温度误差不超过6.5%,计算时间与CFD相比缩短了95%,能够快速、准确预测涡轮对流冷却叶片的冷气需求量。