低压涡轮叶片冷却结构优化设计.pdf

1、在现代高性能燃气涡轮发动机中,随着燃气初温的不断提高,涡轮叶片的冷却技术也日益受到重视,叶片冷却技术对提高燃气轮机出力和热效率起着越来越重要的作用。交错肋内冷结构具有较好的冷却效果,但是其结构复杂且加工难度大、成品率低,因此,对交错肋冷却结构的研究具有重要的意义。
　　从国内外公开发表的相关文献来看,对交错肋冷却结构参数优化进行了大量的研究,并取得了很多重要的结论。但是,对该冷却结构的换热和压力损失构成情况研究的还不够深入,因此,

2、进一步对换热和压力损失的组成部分进行量化有利于交错肋冷却结构的优化和改进。
　　本文以简化的平板交错肋、梯形交错肋和采用交错肋作为内冷结构的低压涡轮叶片为研究对象,利用商用ANSYS软件对这三类不同结构的模型进行数值模拟,分析换热和压力损失情况,并通过在副通道交叉位置添加扰流柱的方法改进交错肋,以简化交错肋结构;将优化后的交错肋结构应用到低压涡轮叶片中进行气热耦合计算,分析改进后的交错肋结构对涡轮叶片的冷却效果。
　　研究结

3、果表明,在平板交错肋结构中,换热面积、折转处冲击及对下游的扰动和副通道的扰动对换热的影响分别约为73％、15%和12%;交错肋通道和折转结构、折转处冲击及对下游的扰动和副通道扰动对总压损失的影响分别约为60%、32%和8%;在副通道交叉位置添加扰流柱可以强化扰动而显著提高换热能力。在梯形交错肋结构中,收缩截面会降低二次换热面面积和提高壁面传热系数;当梯形面倾角1.5o时,冷却效果较采取相同改进措施的平板交错肋大约低5%。在低涡轮叶片中采