非设计工况下叶片前缘气膜冷却作用的数值分析.pdf

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1、2010年第38卷第6期流体机械11文章编号：1005---0329(2010)06__0叭1一】6非设计工况下叶片前缘气膜冷却作用的数值分析苗强，张发生，刘庆龙，戴韧(上海理工大学，上海200093)摘要：基于冷气喷射模型的验证结果，对冲角分别为0。、15。和一1三种条件下的叶片前缘3排孔气膜冷却特性进行了三维环形叶栅数值模拟。在吹风比等于1．0时，详细分析了叶片型面静压和气膜冷却效率的分布特征。分析结果表明，冲角的变化使叶片前缘滞止线位置发生偏移，且对I1r片前缘静压差产生了很大的影响。相对冲角0。时的情况，当冲角为15。时，I1-r片吸力面冷却

2、效果增强，压力面冷却效率值降低；当冲角为一15。时，吸力面侧冷却效果减弱，压力面侧冷却效率值升高。关键词：非设计工况；气膜冷却；静压；吹风比中图分类号：TK474．7文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2010．06．003NumericalStudyofLeadingEdgeFilmCoolingofTurbineBladesatoff-designConditionsMIAOQiang，ZHANGFa—sheng，LIUQing—long，DAIRen(UniversityofShanghaiforScienc

3、eandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Basedonthevalidationofbleedingmodelf0rfilmcooling，itwassimulatedthefilmcoolingcharacteristicsofthree—dimensionalannularcascadewiththreerowsofcoolantholesintheleadingedge．inwhichtheincidenceanglewaschosenf0r0deg，15degand一15deg．Thestat

4、icpressureandfilmcoolingeffectivenesshavebeenanalyzedwithblowratesfixedat1．0．Theresultsshowthatthechangeofincidenceanglecausesthemovementofbladeleading——edgestagnationlineandhasanevi··denteffectonthedifferentialstaticpressure．Comparedwiththeresultsofthe0degincidenceangle，thecoo

5、lingeficiencyofsuctionsidehasbeenenhancedandthevalueoffilmcoolingeffectivenessonpressuresidebecomeslowerwhentheincidencean—gleis15deg；Thecoolingeficiencyofsuctionsidehasbeenweakenedandthevalueoffihncoolingeffectivenessonpressuresideincreasedwhentheincidenceangleis一15deg．Keyword

6、s：of—designpoints；fihncooling；statiepressure；blowingratio1引言Cruse采用红外线成像技术试验研究了多种参数对圆柱形和椭圆形前缘模型气膜冷却效率的影响j。离散孔气膜冷却是燃气轮机高温部件采用的Willian等基于Cruse椭圆形前缘模型数值模拟了一项重要冷却技术。叶片前缘直接面对高温燃气喷射角、吹风比对绝热气膜冷却效率的影响J。朱的冲击，叶片过热将产生烧蚀，因此叶片前缘气膜惠人等采用半圆柱模型对叶片前缘多排圆柱形孔冷却效果的预测对叶片安全性评价非常重要。的气膜冷却效率进行了试验研究。颜培刚等数

7、Mick和Mayle研究前部为半圆形，后部为平板值分析了在前缘滞止区域附近两排孔的冷气射流的前缘气膜冷却模型，给出了两排气膜孔与滞止点的运动规律、温度分布及不同吹风比情况下前缘区呈分别±15。和±44。角时的气膜有效度结果¨j。域气膜冷却绝热效率的分布特点J。收稿日期：2oo9—12—25修稿日期：2O10—04—26基金项目：上海市重点学科建设项目资助(J50501)12FLUIDMACHINERYVo1．38，No．6，2010燃气轮机经常要在非设计工况下运行，转速——分子粘性或流量的改变都会引起进口冲角的变化。冲角是p——源项影响燃气轮机性能的

8、重要参数之一，叶栅进口冲C——常数角的改变导致叶片表面上的压力场发生变化，同计算求解过程中，以守恒形式的有限