旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下氣膜冷卻效果的數(shù)值研究

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1、第4I卷第6趴2011年11月航空計算技術(shù)AeronauticalComputingTechniqueV01．41No．6Nov．201I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下氣膜冷卻效果的數(shù)值研究周莉，韋威，蔡元虎(西北工業(yè)大學(xué)動力與能源學(xué)院，陜西西安710072)摘要：為探討旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下氣膜冷卻的效果．在不同吹風(fēng)比和旋轉(zhuǎn)數(shù)下．對帶有氣膜冷卻的渦輪葉片進行三維數(shù)值模擬．研完了旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對葉片表面冷卻效率的影響。結(jié)果表明．當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時．壓力面上的冷卻效率增大，吸力面上的冷卻效率降低。葉片表面氣膜冷卻效果隨著旋轉(zhuǎn)敷的增加而下降。旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對葉片表面

2、冷卻效果的影響程度依賴于吹風(fēng)比當(dāng)吹風(fēng)比增大時．氣膜冷卻效果隨著旋轉(zhuǎn)數(shù)的增加而下降的趨勢增大。關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)效應(yīng)；吹風(fēng)比；氣膜冷卻效果；壓力面；吸力面中圖分類號：V211文越標(biāo)識碼：A文章編號：1671．654X(201I)06．0001．04NumeH∞lInvestigationofFilmCoolingEffectivenessonaRottingTurbineBladeModalZHOULi，WEIWei，CAIYuan．hn(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolyte

3、chnicalUniversity，Xi’un710072，China)Abstract：TheflowfieldoftheturbineMadewithfilmcoolingwereinvestigalednumerically，calculationsofstationarybladecascadesandmovingbladeswerecarriedoutunderdifferentblowingrateandrotation-alspeedconditions．Theinfluenceofrotation

4、efkctOnfilmcoolingwasanalyzed．Resultsshowthecoolingeffectivenessonthepressuresurfaceincreaseswhentheturbinebladerotates；Onthecontrary．thecoolingeffectivenessonthesuctionsarfacereduces．a(chǎn)nditdecreaseswiththeincrementoftIlerotationalhumber．’l'heinfluencedegreeof

5、therotatione‰ctonthecoolingeffectivenessofthebladesurfaceisdependentontheblowingrate．Whentheblowingratioisincreased，thedegreeofthereductionofthecoolingeffec·tivenessincreaseswiththeincrementoftherotationalnumber．Keywords：rotationeffect；blowingrate；filmcooling

6、effectiveness；pressuresurface；suctionsurface引言影響氣膜冷卻的因素很多，如氣膜孔的幾何參數(shù)、葉片的幾何參數(shù)、fL的氣動參數(shù)等。隨著渦輪人口溫度的提高，高壓渦輪動葉片也采用氣膜冷卻的方法來降低葉片的表面溫度，由于在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下存在著的離心力、哥氏力這些非慣性力會影響氣膜與主流的摻混過程，導(dǎo)致其呈現(xiàn)不同于靜態(tài)氣膜的流動和換熱特征．這樣旋轉(zhuǎn)也成為了影響氣膜冷卻效果的重要因素。Dring等?采用流動可視化技術(shù)對旋轉(zhuǎn)渦輪葉片的氣膜冷卻射流尾跡進行了觀察。研究表明。壓力面上冷氣H{流

7、向葉尖方向發(fā)生偏移，吸力面上冷氣偏移現(xiàn)象則不明顯。文獻[2]指出旋轉(zhuǎn)會引起氣膜覆蓋區(qū)域的變化。近些年來．研究者們針對旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下葉片表面冷卻流動及換熱的影響開展了大量的研究”。6o。金文”1針對旋轉(zhuǎn)對渦輪工作葉片內(nèi)冷通道換熱影響進行r研究，旋轉(zhuǎn)通道中，旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對換熱系數(shù)有明顯的影響，旋轉(zhuǎn)方向的變化對換熱的影響較大。Yang等”’對旋轉(zhuǎn)渦輪葉片前緣區(qū)域的氣膜冷卻效果的計算結(jié)果表明，氣膜冷卻效率隨著轉(zhuǎn)速的增加而逐步下降。郭婷婷”1開展了旋轉(zhuǎn)葉片氣膜冷卻效果的數(shù)值研究，結(jié)果表明葉片高速旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的離心力使冷卻氣流流向葉

8、頂區(qū)域，且吸力面比壓力面上的偏斜效果明顯。楊彬”””1對旋轉(zhuǎn)葉片模型表面的換熱和流動進行了大量的實驗和計算研究，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)數(shù)的增大使冷氣偏轉(zhuǎn)程度加?。D(zhuǎn)速的提高則有利于壓力面模型上相同區(qū)域冷卻效果的改善。為了進一步研究旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對氣膜冷卻效果帶來的影響，本文采用數(shù)值計算的方法，對帶有氣膜冷卻的渦收稿日期：201I一09—15修訂日期：201l—lO一2l基盒項目：國家自然科學(xué)