V形气膜孔气膜冷却效率的数值分析研究

采用数值模拟方法研究了不同角度和吹风比条件下V形气膜孔的气膜冷却效率,并与椭圆形气膜孔进行了对比。结果表明:相同吹风比下,3种V形气膜孔的冷却效率都要高于椭圆形气膜孔,角度对V形气膜孔冷却效率有较大影响。计算结果对目前涡轮叶片气膜孔的设计有一定指导意义。

超椭圆孔型对气膜绝热冷却效率的影响

在吹风比M为0.5,1.0和1.5的3种情况下数值研究了超椭圆孔型对气膜绝热冷却效率的影响,并基于流动特征深入分析了其冷却机制。结果表明:相比于基准的圆形孔模型,吹风比为0.5时超椭圆模型I(长宽比为2)在x/D<5区域内气膜绝热冷却效率较高,吹风比为1.0时在x/D<17.35区域内气膜绝热冷却效率较高,吹风比为1.5时,在整个流向上都具有较高的气膜绝热冷却效率。由于气膜在展向的覆盖范围较大,超椭圆模型II(长宽比为4)在3种不同的吹风比下相比于圆形孔模型和超椭圆模型I具有最佳的气膜绝热冷却效率,且吹风比越大,其优势越明显。

交叉扭转椭圆气膜孔冷却机理研究

为改善高温叶片表面气膜冷却覆盖效果和提高气膜冷却效率,从抑制孔内喷射效应和流动分离出发,基于交叉扭转椭圆冷却通道内的反肾形涡涡系结构,提出了一种交叉扭转椭圆气膜孔。采用三维定常数值分析方法,对比研究了圆柱形气膜孔和交叉扭转椭圆气膜孔孔内流动结构、出口下游流场、温度场和气膜冷却效率,分析了不同吹风比下,气膜孔截面的交叉扭转对冷却特性的影响。结果表明:圆柱形气膜孔在孔内产生明显的喷射效应,冷气沿上风壁流动,并在出流后与主流相互作用形成较强肾形涡,使冷气抬离壁面,造成冷却效率降低;交叉扭转椭圆气膜孔对孔内喷射效应有较好的抑制作用,使气膜出流后能更好的贴附壁面,同时孔内产生的反肾形涡对出口下游肾形涡有一定的削减作用,从而进一步提高了冷却效率。其中,高吹风比下交叉扭转椭圆气膜孔对冷却效率的提升效果比低吹风比下显著;并且所有吹风比下,交叉扭转椭圆气膜孔总压损失均低于圆柱气膜孔。