气膜孔布置对透平端壁冷却和气动性能影响的研究

为了研究燃机透平端壁气膜冷却特性,对存在装配间隙泄漏流条件下端壁不同气膜孔布置的气膜冷却进行了分析。采用压敏漆技术对端壁气膜冷却效率进行了测量,并利用实验结果对湍流模型进行了校核;对所研究模型的网格无关性进行了验证,在此基础上,采用实验给定的边界条件,研究了存在装配间隙泄漏流的端壁在不同气膜孔布置下的气膜冷却特性及气动损失特性,详细分析了5种冷气吹风比(M=0.5,1.0,1.5,2.0,2.5)和4种气膜孔布置下端壁气膜冷却特性和气动特性。结果表明:对于气膜孔布置A(S=0.065C_(ax),γ_(2)=-56.6°,S为第二组气膜孔到装配间隙的距离,C_(ax)为叶片轴向弦长,γ_(2)为第二组气膜孔复合角),吹风比为0.5时,端壁气膜冷却效率最大,随着吹风比的增大,气膜孔出口冷气脱离端壁表面,气膜孔周围的气膜冷却效率下降;4种不同气膜孔布置下叶栅出口处近端壁区域的总压损失系数均随着吹风比的增大而降低,其中气膜孔布置A的降低幅度最大;低吹风比(M=0.5)时,气膜孔布置对端壁气膜冷却特性影响较小;高吹风比(M=2.5)时,气膜孔布置D(S=0.1C_(ax),γ_(2)=30°)端壁气膜冷却效率最高。

1.5级透平动叶端壁泄漏流换热与冷却研究

本文数值研究了一级半透平中动静间隙泄漏流对动叶端壁表面换热与冷却的影响,分析了冷气质量流量比、密度比和动叶转速等三个重要因素对动叶端壁表面换热与冷却的作用规律。结果显示,质量流量比和密度比增加会强化端壁上游区域和主通道涡分离线下游区域的换热,但在冷却方面仅在端壁上游区域进一步产生过冷现象而对端壁通道下游的冷却几乎没有任何影响;转速的上升则会削弱端壁换热,并且会抑制通道涡,但对冷气的覆盖面积没有明显的提升作用。

基于红外热成像技术的透平叶栅端壁换热瞬态测量方法

详细介绍了透平叶栅端壁换热瞬态测量实验台及实验测量系统的组成和应用。基于红外热成像技术,经过一系列校准步骤,获得准确的端壁温度。使用半无限大平板瞬态导热理论并结合叠加原理,求解端壁换热系数。编写端壁区域组合、边界识别和剔除等算法程序获得完整端壁换热分布。实验结果表明:该测量方法能够获得可靠的透平端壁换热分布结果;对结果分析发现,在靠近端壁吸力面侧,存在明显的"狭长"换热低区,且端壁压力面侧换热程度剧烈,透平叶栅端壁后部承受着较大热负荷。

基于多代理模型透平叶栅端壁流热复合优化设计

基于叶栅端壁压力分布特性,采用控制点关联函数,构建10个设计变量的NURBS参数曲面,控制二次流和降低端壁传热系数。应用最优拉丁超立方实验设计,建立设计样本,并进行CFD性能评估,以端壁面平均Nu数和总压损失系数作为双重目标函数,构建多个代理模型的组合代理模型,用多目标遗传算法优化获得Pareto前沿。结果表明:在一定优化计算成本上,基于组合代理模型进行多轮优化,能够获得更满意的最优解。获得的最优端壁构型中,端壁平均Nu数可降低4.4%,叶栅出口总压损失可减小2.3%。