冷却叶片尾缘偏劈缝结构参数优化的研究

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1、湛江海洋大学硕士学位论文冷却叶片尾缘偏劈缝的结构参数优化研究摘要随着大载荷跨音速导向叶片的发展对涡轮叶片尾部冷却提出了极为严酷的要求由于尾部薄而长的几何形状导致了冷却因难很容易形成尾缘局部高温区因此必须对叶片尾缘进行有效的冷却对于尾缘的冷却结构偏劈缝结构的冷却方式实际上是槽缝式的气膜冷却其冷却特性主要受偏劈缝后的尾缘长度偏劈缝长度与间距比偏劈缝长宽比偏劈缝出气角吹风比M及Reynolds数等参数的影响本文在半封闭式加热系统和冷风系统的双系统实验风洞中研究了当叶盘与叶背夹角为10o的楔形通内冷通道没有布置扰流柱时以上各变化参数对叶片尾缘冷却的影响目的在于对尾缘偏劈缝冷却结构进行优化设

2、计实验中利用双针管测速探头对偏劈缝下游的流场进行了测定分析了偏劈缝孔缝下游冷却气体第一测量点速度特性并以吹风比为例研究了偏劈缝孔缝下游平行于板方向的速度分布同时探讨了偏劈缝前后压力系数随偏劈缝各参数的变化关系实验表明压力系数随着尾缘长度的增加先增大后减小随着偏劈缝长度与间距比的增大而增大而当偏劈缝的长宽比减小时压力系数却增大随着偏劈缝出气角的增大压力系数先减小后增大随着吹风比的增大压力系数先增大后减小随着雷诺数的增大而减小通过对尾缘的温度分布的测定获得了尾缘的冷却特性随偏劈缝各参数的变化关系由于冷却气体在叶片尾缘冷气侧气膜冷却的作用尾缘冷气侧的冷却效果比热气侧对应点的冷却效果要好并

3、且在叶片的冷气侧在与偏劈缝相同距离的地方偏劈缝孔缝下游的冷却效果比栅隔下游的冷却效果好叶片尾缘气膜冷却效果值最小即温度最高处不在尾缘的尾端而是在叶片热气侧近尾端的地方尾缘的平均冷却效果随着尾缘长度的增加而减小随着偏劈缝长度与间距比的增大而增大随着偏劈缝的长宽比的增大而减小随着偏劈缝出气角的增大而减小随着吹风比的增大先增大后减小最好的冷却效果出现在M=0.8的附近区域随着雷诺数的增大而增大并对平均冷却效果进行拟合得出了相应的实验关联式还与通道中设有扰流柱的实验结果作了对比比较发现当楔形内冷通道布置扰流柱时尾缘冷却效果比没有扰流柱时的冷却效果要好并研究了设置扰流柱时尾缘的冷却效果随几何

4、结构变化趋势上的差异本文应用紊流模型对冷却叶片尾缘偏劈缝的结构进行了二维数值模拟研究了不同参数对尾缘冷却效果的影响以及分析了尾缘处的温度场分布在实际情况中冷却气体是从主流通道一侧进入使得二维计算物理模型冷却气体入口的边界条件难于给定本文采取在计算模型最前端增加微小冷却气体入口通道此通道正好与主流来流平行的办法来模拟实际的流动情况进行计算验算结果表明此方法不会影响尾缘处的局部流场分布数值模拟结果表明随着尾缘长度的增大平均冷却效果的变化可近似认为是一条略微向湛江海洋大学硕士学位论文下的曲线冷却效果稍微变差随着偏劈缝出气角的增大平均冷却效果先减小后增大当偏劈缝出气角为0o时尾缘冷却效果最

5、好随着Re数和M的增大平均冷却效果越来越好针对偏劈缝栅隔后涡流流场的测量问题本文理论设计出可测量流场中任意点的流速和流向的新型测速管并对其测量的标定方法和实施方法作了详细的说明关键词叶片尾缘气膜冷却偏劈缝结构优化冷却效果数值模拟参考文献OptimizationResearchonCoolingConfigurationfortheTrailingEdgeCutbackofTurbineBladeAbstractItisnecessarytocooltrailingedgecutbackofturbinebladewiththedevelopmentofaeroplane.Thest

6、ructureoftrailingedgecutbackofturbinebladeisthinandlong,whichresultsinthehightemperatureregionoftrailingedgeofturbinebladeinwork,socoolingtechiquesmustbeused.Actually,thecoolingconfigurationfortrailingedgecutbackofturbinebladebelongstoslotfilmcooling.Thecoolingcharacteristicsoftrailingedgecutb

7、ackofturbinebladeweremainlyaffectedthelengthoftrailingedge(l/h),lengthtospanratioofcoolingconfiguration(a/c),lengthtowidthratio(a/b),outletangleofcoolingair(a),blowingratio(M),thecoolantReynoldsnumber(Re)andsoon.Experimentalinvestigatio