涡轮叶片尾缘半劈缝冷却结构压力系数的实验研究

对九种不同几何结构的尾缘半劈缝结构的压力系数进行了实验研究,在不同吹风比和雷诺数下测得了缝中心和肋中心后沿流向压力系数的分布,分析了各种因素对压力系数的影响。结果表明肋中心后和缝中心后的压力系数没有多大的差别。半劈缝的几何结构对压力系数有很大的影响,当缝宽-肋宽比增大(在0.67到1.5的范围内)时,压力系数随之增大;当缝高-唇厚比增大(在0.53到2的范围内)时,压力系数变化不是很大,但主流和二次流的参混距离减小。在几何结构一定的情况下,压力系数随雷诺数(5,000到15,000)的增大有小幅度增大,在X/H小于某一值时,压力系数随着吹风比(0.5到2.0)的增加是增大的,但在X/H大于这一值时压力系数随着吹风比(0.5到2.0)的增加却是减小的,但是变化幅度并不是很大。

直肋对扩张型尾缘半劈缝气膜冷却特性影响的实验研究

为探究布置直肋扰流结构的尾缘半劈缝冷却结构的气膜冷却特性,分别采用压力敏感漆技术和瞬态热色液晶技术研究了直肋对扩张型尾缘半劈缝表面的绝热气膜效率和对流换热系数的影响,详细对比分析了吹风比及直肋宽度对三种不同扩张型半劈缝表面的气膜冷却特性。实验结果表明:直肋的加入对小扩张型半劈缝表面的气膜覆盖产生了不利影响,但仅限在小吹风比工况;而直肋对大扩张型半劈缝表面的气膜覆盖有略小的促进作用,但其绝热气膜效率始终低于小扩张型半劈缝表面。肋宽对半劈缝表面的换热增强大小受半劈缝表面形状影响,随着半劈缝表面扩张程度的增大,宽直肋结构的高换热优势逐渐超越窄直肋结构。直肋型尾缘半劈缝冷却结构可有效提升1.45~2倍的壁面热流密度,小吹风比工况时宜选用带有窄直肋的扩张程度较小的半劈缝表面结构,而大吹风比时宜选用带有宽直肋的扩张程度较大的半劈缝表面结构。

V型肋高对涡轮叶片半劈缝冷却换热特性影响

为了明确V型肋高对涡轮叶片半劈缝冷却换热特性的影响,寻求较优的V型肋高度,调节肋高度值使其在d/H=1/6~1/2范围内变化,通过数值计算分析了带肋壁面冷却效率、努塞尔数等参数随肋高的变化规律。研究发现:随肋高增加,冷却效率呈下降趋势;换热增强因子及强化换热综合指标均随肋高的增大而增大,肋高d/H=1/3的半劈缝通道表现出了较为稳定且良好的强化换热综合性能。

雷诺数对带V肋的涡轮叶片半劈缝冷却的影响

为了明确雷诺数对带V型肋的涡轮叶片半劈缝结构冷却的影响,通过数值计算分析了带肋壁面冷却效率、努塞尔数等参数随雷诺数的变化规律。研究发现:雷诺数的变化对带肋半劈缝壁面的冷却效率几乎无影响,摩擦因子随着雷诺数增大而增大,换热增强因子对雷诺数的变化不敏感,最终导致强化换热综合指标随着雷诺数增大而线性降低。

动叶尾缘结构对涡轮气动性能影响研究

为了探索动叶尾缘结构对气冷涡轮流场及气动性能影响规律,本文针对某船用燃气轮机高压涡轮动叶模型采用CFD软件分别开展了变叶盆侧尾缘长度、变叶背侧尾缘长度及尾缘全劈缝3种结构型式下的三维数值模拟研究。结果表明:涡轮进口流量主要受最小喉道面积控制,变叶盆侧尾缘长度气动性能优于变叶背侧尾缘长度,变叶盆侧尾缘长度总压损失系数随着两尾缘之间的距离增大而减小,出口相对气流角随着两尾缘之间距离的增大而有增大的趋势。两尾缘之间距离每增加1 mm,总压损失平均减少0.45%,出口气流角平均增大0.17°。尾缘全劈缝与最优变叶盆侧尾缘情况相比,尾缘全劈缝总压损失最小、出口相对气流角更接近几何出气角。