论文摘要
提高燃气轮机进口初温是提高燃气轮机效率的关键技术之一,相应地对叶片承受高温的要求越来越高,因此研究叶片气膜冷却的流动与传热特性对有效地保护叶片指导燃气轮机设计有着重要的意义。本文采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了叶栅通道紊动射流的流动与传热特性。设计并搭建了低速直流风洞,利用IFA300热膜风速仪对单排射流孔射流的流场进行了测量,分析了单排射流孔射流的流动特性。采用标准k-ε紊流模型,基于SIMPLE算法,采用有限体积法对控制方程进行离散,对不同射流比M、不同入射角α、不同射流孔位置等工况的叶片气膜冷却进行了数值模拟,分析总结了这些因素对射流温度场的影响。结果表明,在吸力面尾部流场中形成了尾迹区,射流使得尾迹区较靠近射流孔,尾迹区变厚,尾迹涡变大。在射流比0.6～4.0之间,射流比为2.0时冷却效果最好;在45°、60°、90°三种入射角之间,90°入射角时冷却效率最低,45°入射角时与60°入射角时的冷却效率相比,先减小后增大;比较3.0D、4.5D两种孔间距,孔间距为3.0D时可以使两射流孔中心面沿主流方向之间的吸力面上形成较好的冷气膜;相同条件下比较不同的射流孔位置对冷却效率的影响,距离叶片前缘最近的射流孔的冷却效率最低。
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