旋转状态下气膜冷却效果的数值研究

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1、第4I卷第6趴2011年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．41No．6Nov．201I旋转状态下气膜冷却效果的数值研究周莉，韦威，蔡元虎(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：为探讨旋转状态下气膜冷却的效果．在不同吹风比和旋转数下．对带有气膜冷却的涡轮叶片进行三维数值模拟．研完了旋转效应对叶片表面冷却效率的影响。结果表明．当叶片旋转时．压力面上的冷却效率增大，吸力面上的冷却效率降低。叶片表面气膜冷却效果随着旋转敷的增加而下降。旋转效应对叶片表面

2、冷却效果的影响程度依赖于吹风比当吹风比增大时．气膜冷却效果随着旋转数的增加而下降的趋势增大。关键词：旋转效应；吹风比；气膜冷却效果；压力面；吸力面中图分类号：V211文越标识码：A文章编号：1671．654X(201I)06．0001．04NumeH∞lInvestigationofFilmCoolingEffectivenessonaRottingTurbineBladeModalZHOULi，WEIWei，CAIYuan．hn(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolyte

3、chnicalUniversity，Xi’un710072，China)Abstract：TheflowfieldoftheturbineMadewithfilmcoolingwereinvestigalednumerically，calculationsofstationarybladecascadesandmovingbladeswerecarriedoutunderdifferentblowingrateandrotation-alspeedconditions．Theinfluenceofrotation

4、efkctOnfilmcoolingwasanalyzed．Resultsshowthecoolingeffectivenessonthepressuresurfaceincreaseswhentheturbinebladerotates；Onthecontrary．thecoolingeffectivenessonthesuctionsarfacereduces．anditdecreaseswiththeincrementoftIlerotationalhumber．’l'heinfluencedegreeof

5、therotatione‰ctonthecoolingeffectivenessofthebladesurfaceisdependentontheblowingrate．Whentheblowingratioisincreased，thedegreeofthereductionofthecoolingeffec·tivenessincreaseswiththeincrementoftherotationalnumber．Keywords：rotationeffect；blowingrate；filmcooling

6、effectiveness；pressuresurface；suctionsurface引言影响气膜冷却的因素很多，如气膜孔的几何参数、叶片的几何参数、fL的气动参数等。随着涡轮人口温度的提高，高压涡轮动叶片也采用气膜冷却的方法来降低叶片的表面温度，由于在旋转状态下存在着的离心力、哥氏力这些非惯性力会影响气膜与主流的掺混过程，导致其呈现不同于静态气膜的流动和换热特征．这样旋转也成为了影响气膜冷却效果的重要因素。Dring等⋯采用流动可视化技术对旋转涡轮叶片的气膜冷却射流尾迹进行了观察。研究表明。压力面上冷气H{流

7、向叶尖方向发生偏移，吸力面上冷气偏移现象则不明显。文献[2]指出旋转会引起气膜覆盖区域的变化。近些年来．研究者们针对旋转状态下叶片表面冷却流动及换热的影响开展了大量的研究”。6o。金文”1针对旋转对涡轮工作叶片内冷通道换热影响进行r研究，旋转通道中，旋转效应对换热系数有明显的影响，旋转方向的变化对换热的影响较大。Yang等”’对旋转涡轮叶片前缘区域的气膜冷却效果的计算结果表明，气膜冷却效率随着转速的增加而逐步下降。郭婷婷”1开展了旋转叶片气膜冷却效果的数值研究，结果表明叶片高速旋转时，产生的离心力使冷却气流流向叶

8、顶区域，且吸力面比压力面上的偏斜效果明显。杨彬”””1对旋转叶片模型表面的换热和流动进行了大量的实验和计算研究，发现旋转数的增大使冷气偏转程度加剧．转速的提高则有利于压力面模型上相同区域冷却效果的改善。为了进一步研究旋转效应对气膜冷却效果带来的影响，本文采用数值计算的方法，对带有气膜冷却的涡收稿日期：201I一09—15修订日期：201l—lO一2l基盒项目：国家自然科学