旋转对带斜肋的内流通道冷却和换热的影响

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1、第42卷第6期2012年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．6NOV．2012旋转对带斜肋的内流通道冷却和换热的影响章大海，孙永航，石凡奇，王君(中国石油大学(华东)化学工程学院，山东青岛266555)摘要：以带45。斜肋的燃气轮机内流方形通道为对象，采用数值模拟的方法对其内部的流场和温度场进行了研究，通过对通道在不同转速下的流场和温度场的计算结果对比可知：旋转状态下。通道内各面换热的变化是和通道内流场的变化密切相关的，其中由于哥氏力的不均匀分布，中间大四周小，使得二次流旋涡偏向尾缘；转速越高，温度梯度越大；同时，随着旋转数的

2、增加努塞尔数增大，换热效果增强，并且通道的前表面要比后表面换热效果好。关键词：燃气轮机；高温叶片；带肋通道；旋转中图分类号：V231．1文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)06—0037—04InfluenceofRotationonCoolingandHeatTransferPerformanceofInternalPassage、】l，ithInclinedRibsZHANGDa-hai，SUNYong—hang，SHIFan·qi，WANGJun(CollegeofChemicalEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qi

3、ngdao266555，China)Abstract：Numericalcalculationofthree—dimensionalflowandheattransferarepresentedforarotatingsquarechannelwith45。angledribs，andthedetailedflowfieldandtemperaturefieldatdifferentrotatingspeedaredisplayed．Itwasfoundthattheheattransferperformanceofthechanneliscloselyrelatedtotheinte

4、rnalflowfieldwhichwasinducedbytherotation．TheunevendistributionoftheCoriolisforcemakesthesecondaryflowvortexpairmovingtowardsthetrailingedge；withtheincreaseoftherotatingspeed，thetemperaturegradientincreases；atthesametime，alongwiththeincreasingrotationnumber，Nunum-betalsoincreases；andtheleadingsu

5、rfacehasbetterheattransfereffectthanthatofthetrailingsurface．Keywords：gasturbine；hightemperatureblade；internalpassagewithribs；rotation引言内部冷却是燃气轮机高温旋转叶片的主要冷却方式，内冷通道内部通常布置有扰流斜肋，斜肋会诱导通道内产生二次流动，从而起到强化换热的作用。与静止叶片相比，工作叶片旋转时受到的哥氏力和离心力作用使带斜肋的内冷通道流场变得更加复杂，流场的变化对传热规律有明显的影响。所以，研究旋转效应对内冷通道换热特性的影响对于工程应用非常重要。

6、从20世纪70年代开始，国内外对旋转通道就开展了一系列的实验和数值模拟研究。徐国强等⋯数值模拟了旋转状态下光滑通道内的流动与换热，分析了哥氏力对通道内流动与换热的影响。刘传凯等旧。数值模拟了旋转径向出流方通道内部的力场、流场及其换热分布，在深入分析旋转附加力的基础之上，探讨其对旋转通道内流动与换热的耦合作用机理，发现哥氏力是影响通道内流场的主导因素。邓宏武等∞1用实验方法研究了涡轮叶片内带肋u形通道在旋转状态下的前缘、后缘及两侧面局部换热系数分布，发现在旋转状态下通道的努塞尔数随雷诺数的增大而增大，在进气直通道的后缘和出气直通道的前缘，努塞尔数随旋转数的增加而增加；在进气直通道的前缘和

7、出气直通道的后缘，努塞尔数随着旋转数的变化出现几次反复。并且随着浮力数的增加，通道的平均努塞尔数是下降的。Mohammad等H1研究了凹坑一凸起对旋转涡轮叶片内部冷却的影响，定量分析了哥氏力效应对通道内流动结构和换热的强化程度。丁水汀等M3通过数值模拟的方法对不同通道宽高比旋转径向出流方通道内部流场和换热进行研究，发现冷却介质受到切向哥氏力(垂直于流动方向)的作用，切向哥氏力推动流体流向通道的后缘，使得通道后缘附近流体的速度较高，前缘附近流体的