涡轮叶片多排气膜叠加特性及机理分析

实际涡轮叶片的气膜孔由于强度要求,需要保证有限的开孔率。为探究在涡轮叶片上相同开孔率条件下,不同气膜孔排布方式下的气膜冷却效率及叠加特性,研究了单排、三排、五排圆柱孔和扇形孔在不同吹风比下的气膜冷却效率分布及气膜叠加与掺混机理。研究发现:孔形是影响气膜叠加预测准确性的重要几何因素,扇形孔叠加预测的准确性明显高于圆柱孔。肾形涡的强度是两者差异的主要原因。吹风比和孔排数也会显著影响到叠加预测模型的准确性。吹风比的增大会引起预测误差逐渐增大。吹风比决定了冷却射流的动量并影响了气膜掺混强度,这就造成了叠加预测误差随孔排数的增多逐渐增大这一现象。气膜射流吹飞会造成叠加预测误差显著增大。

双层壁涡轮叶片短径扇形气膜孔冷却性能数值研究

针对高冷效双层壁涡轮叶片表面应用短径扇形孔设计准则及强化气膜冷却,机理依旧不明的现状,本文利用流固弱耦合数值模拟技术研究了典型7-7-7和11-11-11扇形气膜孔应用于双层壁涡轮叶片设计的冷却特性。在宽范围吹风比下(0.6~2.4),比较了三种扇形气膜孔布置方案,包含叶片两侧同构布局7-7-7孔(简称SH1布局)和11-11-11孔(简称SH2布局)及新提出的异构布局(简称SH3布局),并以常规圆形孔作为比较依据。通过数值结果对比指出:在双层壁表面应用扇形孔代替圆形孔,最低可提升吸力面综合冷却效率17%,压力面7%。然而,扇形孔也会诱导两侧冷却性能差异扩大的现象。应用两侧孔型异构布局,要求在压力侧布置相较于吸力侧各向扩张角更大的扇形孔,可以有效改善叶片内部的流量配置,从而在提升综合冷却效率的基础上兼顾两侧温差缩小。在高吹风比条件下,上述异构诱发的冷却优势更为显著。但相对吸力侧、压力侧对扇形孔型结构参数的敏感性更大。因此,压力侧的异型孔气膜冷却挑战性更大。

薄膜多层布线工艺分析

薄膜多层布线工艺，采用聚酰亚胺作介质，克服成膜后的“龟裂”、减少通孔的接触电阻和防止“断台”问题，是解决好介质质量的关键。

改善局部难冷区域的一种导叶层板端壁

受二次流的影响,气膜冷却端壁表面存在大量难冷区域。紧凑型层板结构可以实现端壁的双侧冷却,从而缩小难冷面积。本文通过改变气膜孔布局,设计了一种可以有效改善局部难冷区域的层板冷却端壁。在主冷流温比1.5下,测量了端壁表面的温降特性和综合冷却效率分布,通过与均匀气膜布局的层板端壁相比较,发现:采用改进后的层板结构,可以显著降低端壁表面温度,缩小难冷区域面积,获得更均匀的冷却效果。且压力侧根部区域与吸力面前缘区域冷却效果增幅尤甚。另外,此层板的改进优势随着质量流量比的增加变得更明显。