燃机冷却技术综述

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1、第21卷第1期《嫂气轮机技术》Vol.21No.I2008年3月GASTURBINETECHNOLOGYMar.,2008燃气轮机冷却技术综述张魏，金文(西安航空技术高等专科学校动力工程系，西安710077)摘要:详细地阐述了对气膜冷却、内部强化换热以及热管冷却等的影响因素，目前的应用状况以及发展前景。重点集中在内部强化换热和热管冷却。本文可以使刚开始接触燃气轮机冷却技术的人员对冷却技术有个整体的了解，还可以对研究设计人员提供必要的参考依据。关趁询:嫩气轮机;冷却;热管;强化换热中圈分类号:v231.1文献标识码:A文章编号::

2、1009一2889(2008)01-0024-04燃气轮机的效率随着祸轮人口温度的提高而增段。冲击冷却主要是利用高速气流冲刷被冷却表加。目前的燃气温度已经远高于叶片材料的温度极面，以达到冷却目的。图2给出了叶片内部的冲击限，所以，必须对涡轮叶片进行有效的冷却才能保证冷却方式。在航空发动机中也多用于高温部件的内涡轮的正常工作。航空发动机中的高温部件，如燃部，特别是涡轮叶片的前缘部位。以高速气流从内烧室、涡轮、尾喷管等的工作环境非常恶劣，由此造部冲刷被冷却部位，带走从另一侧燃气所吸收的热成高温部件的可靠性差、寿命短，据美国权威部门的

3、量。它的主要缺点是压力损失大，容易造成被冷却统计，航空发动机中的故障有60%以上出现在高温区域较大的温度梯度，引起热应力。在冷气流冲击部件，并有不断上升的趋势，我国的一些航空发动机的驻点区壁面上有很高的换热系数，因此可以利用高温部件的寿命只有几百小时，高温部件的材料费这种冷却方式对表面进行重点冷却。根据冲击流和及加工费高昂，由此带来的经济损失十分严重。造靶面的角度可以分为垂直冲击、斜冲击和平行冲击。成这种情况的原因，除材料和工艺水平缺陷以外，另影响冲击冷却的主要参数是孔到靶面的距离与孔直外一个重要的问题是人们至今还难以对高温部件

4、的径的比值。由于驻点区的边界层特别薄，换热非常受热状态进行准确的预测，对复杂高温部件传热的强。冲击冷却主要在前缘应用。由于前缘直接受到机理及规律认识不足。图1显示了涡轮叶片上主要高温燃气的冲击，通过冲击冷却可以有效地降低叶的冷却方式:应用在前缘和叶片中弦区的冲击冷却，片该区域的温度，起到保护叶片的作用。应用于内部通道的扰流肋强化对流换热，应用于尾缘的扰流柱强化换热以及叶片外表面的气膜冷却。2内部强化对流换热〔4-71目前人们开始对新型冷却技术进行研究:壁面通道燃气温度较低时只需要在通道内部有适量的冷冷却，主要在陆用燃气轮机上应用

5、;层板冷却技术，气流动将热量带走就可以使叶片正常工作，随着燃集冲击冷却、扰流柱强化换热和气膜冷却与一体;热气温度的提高，通道内壁面开始布置扰流肋来带走管冷却，一种新型冷却技术的设想。下面将分别阐更多的热量，扰流肋的增加可以使换热增强2..3述上述冷气技术在燃气轮机上的应用。倍，最近叶片上主要采用的是通道内部通道扰流肋强化换热和外部气膜冷却同时对叶片进行冷却，此1冲击冷却[1-31时气膜孔的出流对通道内的换热也会起到一定的影冲击冷却属于对流换热，是强化换热的一种手响。.收稿日期:2007-0s-1b改稿日期:2007-06-14作

6、者简介:张魏(1980一)，女，陕西榆林人，西安航空技术高等专科学校助教，硕士，主要从事高温部件换热及流体力学计算。万方数据第1期燃气轮机冷却技术综述膜孔的出流对内部壁面换热的影响也比较显著，肋韶冷却石遨和孔的相对位置对换热也有影响，孔在肋后，可以将肋后的低速气体抽出到通道外从而起到强化换热的作用。冲击冷幼心口一粉一味八匕‘::::t六适、.，息已粉一释‘00于一妇一﹄.00一︾1，0Q︸一山.两口L..解‘目图3扰流柱冷却结构图1典型涡轮叶片冷却结构叶片内璧面左.口右盆面图a肋通道冷却结构3气膜冷却[8一，0]气膜冷却在燃烧室

7、和叶片上都有应用，其冷却、图z冲击冷却结构原理如图s所示，从缝隙或者圆孔喷出的冷气将壁面和高温燃气隔开。在燃烧室中主要是缝隙气膜冷内部强化对流换热包括扰流肋强化换热和扰流柱强化换热。图3、图4给出了这两种冷却方式的典型结构。扰流肋强化换热主要应用于叶片的中弦区，肋的结构包括方形肋、v形肋等，肋通常布置在通道平行的两个壁面上，可以交叉排，也可以顺排，肋和主流的方向可以从300变化到900。在有气膜冷却的情况下，肋和孔的位置还可以分为肋在孔上游，肋在孔下游，肋在孔中间。肋间距的变化为6w15倍肋宽。肋可以使主流发生再附着流动，在肋后

8、会形成漩涡流动，再附着流动可以显著提高换热系数。图3气膜冷却流动结构漩涡流动虽然可以使换热得到增强，但是在肋根处却，冷气通过缝隙进人火焰筒内，并且贴服在火焰筒由于速度接近0反而使换热减弱。倾斜布置肋时，内壁上，将火焰筒壁和高温燃气隔开，起到保护火焰扰流肋会起到导