● 摘要
为了满足推重比的设计要求,美国、俄罗斯等国家,在多层“层板”冷却技术的基础上,利用当今先进的精细铸造技术,在传统叶片壁面内部直接构造出不同形式的冷却结构,提出了全新的高效冷却技术——“铸冷技术”。而我国国内对于基于“铸冷”技术的涡轮导向叶片的研究工作才刚刚起步,需进行机理性的和基础性的研究工作。本课题所研究的铸冷叶片采用双层腔结构,并且采用冲击孔和气膜孔交错排列的复合冷却方式,内部冲击孔在外壁面上的冲击点位于外壁面上气膜孔间的冷却效果较差区域。研究从基础的平板结构开始,分别对单冲击孔结构中冲击孔角度、双冲击孔中冲击孔间距、冲击孔旋转角度、冲击孔所在位置等因素对冷却效果的影响进行了数值模拟分析。在平板结构研究的基础上,将双冲击孔各结构应用于叶片中,对具有涡轮叶栅通道的叶片结构进行了数值计算及研究。研究结果表明:在具有微型腔的冲击—气膜复合冷却结构中,适当调节冲击冷气流的入射角度,可有效扩大冷气在冲击腔内形成的纵向涡的影响范围,从而提高冷却效果。在不改变冷气流量的前提下,增大单元腔内的冲击孔数量,使得冲击腔内强化换热更加均匀,且得到冲击孔位于中腔,冲击孔间距为4倍冲击孔孔径,旋转45度时,冷却效果最好。叶片结构中,由于曲率的影响,叶盆、叶背冷却效果随各几何参数变化规律并不相同。
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