动静干涉对涡轮转子叶片气膜冷却的影响

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1、2016年1月第42卷第1期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJanuary2016V01．42No．1http：／／bhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0054动静干涉对涡轮转子叶片气膜冷却的影响李虹杨1’2，郑赞1’2'+(1．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100083；2，先进航空发动机协同创新中心，北京100083)摘要：为研究动静干涉对涡轮转子叶片气膜冷却效果的

2、影响，选取AGTB涡轮叶栅作为研究对象，匹配前排导叶并对整级叶栅进行非定常数值模拟。对不同时刻流场截面的流动情况以及叶片表面温度随时间的演化规律进行了详细的分析，此外，总结了尾迹和势干涉对下游叶片气膜冷却的影响。主要结论如下：导叶强烈的势干涉作用在幅值为12。的范围内改变下游叶片的入射角，对冷却射流有非常大的影响；尾迹和势干涉作用诱导冷却射流的“上扬”现象，并使其冷气流量增加20％以上，有利于提高瞬时的冷却效果；势干涉对前缘冷却射流的作用时间约为1／2个静子周期，尾迹的作用时间约为1／6个静子周期，前者作用时间长，且效果更强。受到输运效果的影响，整个叶片冷却效果的变化

3、与气膜孔射流状态的变化不是同步的，滞后时间可达1／3个静子周期甚至更长。关键词：动静干涉；势干涉；尾迹；非定常；气膜冷却；涡轮中图分类号：V211．6文献标识码：A文章编号：l001—5965(2016)叭-0139-08现代高性能航空发动机为追求卓越性能，涡轮前燃气温度不断提高，对涡轮叶片的冷却设计提出了更高的要求，因此准确预估气膜冷却效果具有十分重要的意义。国内外学者对影响气膜冷却效果的相关参数，例如气膜孔的几何参数、叶片的几何参数、孑L的气动参数等进行了大量的研究¨⋯。涡轮内部流场具有强烈的非定常现象，上游叶片产生的尾迹及势干涉作用会对下游叶片的流场(包括主流流

4、场和冷却射流的流场)产生影响，进而对气膜冷却效果产生重要影响。Kim和Has-san¨1利用大涡模拟方法研究了非定常气膜冷却流动，结果表明气膜冷却的绝对有效度和传热系数的震荡幅值分别可达15％和50％的时均值，Ou¨1和Mehendale¨1等对尾迹干涉的气膜冷却进行了早期的系统性实验，研究了冷却工质、尾迹强度、吹风比等因素对冷却效果的影响。Gao¨1和MhetrasHl等利用压敏漆(PressureSensitivePaint，PSP)技术研究非定常尾迹对高压涡轮叶片气膜冷却的影响，表明尾迹对气膜冷却有一定的负面效应，具体和尾迹的相位有关。Gomes和Nie—hui

5、s【10]利用实验方法研究了某前缘主流有分离的高负荷涡轮叶片的气膜冷却效应，结果表明分离泡使冷却射流不能紧贴叶片壁面，导致冷却效果较差，而重新附着区域的冷却效果较好。Ardey和Fottner⋯1利用前缘带有气膜冷却孔的AGTB高压涡轮叶栅进行了详细的实验，为数值模拟提供了验证结果。Montomoli¨纠和Benabed。13]等研究了尾迹入射角度对AGTB叶片前缘气膜冷却效果的影响，Martelli¨4。和Adami¨引等利用数值模拟方法研究了非定常尾迹对AGTB叶片前缘气膜冷却的影响，尾迹由扰流棒产生，结果表明尾迹对冷气孔附近流动的掺混、分离现象有较大影响。国内学

6、者也在此领域进行了大量的研究与探索，蒋雪辉和赵晓路‘16。通过实验方法研究了非定收稿日期：2015-01-26；录用13期：2015-03．13；网络出版时间：2015-06-0308：49网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20150603．0849．001．html$通讯作者：Tel．：010—82338753E—mail：zheng_yun@buaa．edu．en引用格式：李虹杨，郑努．动静干涉对涡轮转子叶片气膜冷却的影响ⅡJ．北京航空航天大学学报，2016，42(j)：139-146．uHY，ZHENGY．Eff

7、ectofrotor．statorinteractiononfilm-coolingofturbinebladeⅣJ．JournalofBeijingUniversityofAeronau·ticsandAstronautics，20t6，42(J)：139一t46(inChinese)．140北京航空航天大学学报2016年常尾迹宽度和扫过频率对气膜冷却效率的影响。谭晓茗等⋯]对某型涡轮叶栅前缘气膜冷却效果进行实验研究，分析气膜孑L倾斜角、吹风比、主流雷诺数等参数对冷却效率和压力损失的影响。张宗卫等¨引利用瞬态液晶测试技术研究了全气膜冷却涡轮导叶的换