高温高压工况下NASA C3X涡轮叶片旋流冷却和冲击冷却的性能对比研究

文中建立了NASA C3X叶片前缘旋流冷却和冲击冷却结构,在高温高压工况下对旋流冷却和冲击冷却流动和传热特性进行了比较分析.考虑了10000、30000、50000、70000和90000五个进气腔室入口雷诺数.结果表明,与低参数条件相比,较高的冷气压力导致冷气速度较低,但仍具有较高的传热强度.旋流冷却喷嘴下方C3X叶片靶面弧度较高,冷气流经时产生较高的向心力,冷气压力升高.随后冷气流经旋流腔室底部低弧度靶面,压力降低,流速升高,换热增强.旋流冷却产生带状高努塞尔数区域,并沿着下游方向均匀分布.冲击冷却在射流撞击位置产生椭圆状高努塞尔数区域,并且受到横流的作用沿着下游方向传热强度逐渐降低.在高温高压工况下,旋流冷却整体的平均传热强度较高,但由于对靶面冲刷的作用较强流动阻力较高.旋流冷却的综合传热因子高于冲击冷却,并且在高参数下随着雷诺数的升高,旋流冷却的优势更加明显.

不同冷气/燃气温比下高温涡轮叶片旋流冷却流固耦合特性研究

采用流固耦合方法对燃气轮机高温涡轮叶片旋流冷却结构进行数值模拟分析。探究了不同冷气/燃气温度比条件下旋流冷却的流动与传热特性、叶片前缘区域固体温度、热应力以及热应变分布。研究表明:在进气腔入口雷诺数固定的条件下,随着温度比升高,冷气密度降低,冷气流速逐渐提升,同时湍动能升高,靶面努塞尔数逐渐升高;当温度比较低时冷气的流速较低、单位时间冷气带走的热量较少,当温度比较高时冷气温度较高、单位质量冷气所能吸收的热量有限,靶面处热流密度先升高后降低。受靶面热流密度分布影响,随着温度比升高,叶片前缘固体的温度、热应力以及热应变先降低后升高。