涡轮叶片表面流动及换热特性实验研究.pdf

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1、涡轮叶片表面流动及换热特性实验研究黄小杨，朱惠人，张宗卫，孟庆昆(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)ExperimentalStudyofFlowandHeatTransferCharacteristicofaTurbineBladeSurfaceHUANGXiao—yang，ZHUHui—ren，ZHANGZong—wei，MENGQing—kun(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：为深入了解叶片表面的流动和换热特性，0引言在

2、叶片表面布置静压测孔获得叶片中截面压力系数和速比系数分布规律，同时采用瞬态液晶技术获得随着航空技术的发展，对燃气轮机的要求也越叶片表面高分辨率的努塞尔数分布云图。结果表来越高，已有研究[1表明，先进燃气轮机在高温下运明，叶片前缘受来流直接冲击，努塞尔数中间高两侧行的目的是提高热效率和功率输出。目前，涡轮进低；在吸力面上努塞尔数在分离区域降低，在再附着口温度远高于叶片材料的耐热温度极限，因此，对涡区域升高；在压力面上努塞尔数先降低再逐渐升高。轮叶片的冷却就显得尤为重要，而涡轮叶片冷却技关键词：努塞尔数；压力系数；速比系数；液晶；术设计的前提是了解涡轮叶片外表面流体流动和

3、换流动；雷诺数热特性。中图分类号：V231．1Choi等[2使用实验方法，研究了低雷诺数流动文献标识码：A下湍流度对涡轮叶片换热和压力系数的影响。Me-文章编号：1001—2257(2013)06—0007—05hendale等[3研究了高湍流度对无气膜冷却时静叶Abstract：Forin—depthunderstandingofthe前缘区域换热特性的影响，发现高湍流度有利于提flowandheattransfercharacteristicoftheblade高前缘的换热系数。Zhang等-4]研究了非稳态尾迹surface，thepressurecoeffic

4、ientandspeedratioCO—对涡轮叶片燃气侧换热的影响，实验结果表明，尾迹efficientdistributionwereobtainedintheblade的存在使叶片表面的换热系数增大100～200。cross—section，atthesametimethehigh—resolu—潘炳华等[5通过数值计算方法对高压涡轮转子叶片tionNusseltnumberwasobtainedusingatransient凹槽端面的流动与换热特性进行了初步研究，并与liquidcrystaltechnique．Theresultsshowthat：as平板端面

5、进行了比较，计算结果表明，叶尖间隙越theimpactofthesteam，theNusseltnumberof小，凹槽的节流效果就越明显，叶片端壁面平均换热leadingedgepositionishigherthantheothersides系数的影响越大。刘锐等[6对燃气透平第一级叶栅nearthearea．0nthesuctionsurfacetheNusselt通道内无气膜冷却下的三维黏性流动与传热特性进numberintheseparationareareduces，inthereat—行了数值模拟，结果表明来流湍流度对静叶表面的tachmentareai

6、ncreases．Nusseltnumberfirstlyde—换热特性有明显的影响，但对动叶表面换热特性的creasesthengraduallyrisesonthepressuresur—影响很小。朱彦伟等_7采用数值计算方法研究了出face．口马赫数、出口雷诺数对叶片表面换热系数的影响，Keywords：Nusseltnumber；pressurecoeffi—研究表明，马赫数的分布是决定叶片表面换热系数cient；speedratiocoefficient；liquidcrystal；flow；分布的最主要准则数，出口雷诺数是影响叶片表面Reynoldsnum

7、b整体的换热水平、流动状态的因素。国内大多数是以数值模拟的方法对叶片表面的流动和换热进行了广泛的研究，而更能准确反映实际情况的实验研究则较少。针对上述情况，采用实收稿日期：2013一Ol一17基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2O13cB0357o2)验方法通过测量叶片中截面的静压获得压力系数和《机械与电子)2013(6)·7‘速比系数分布规律，使用窄带瞬态液晶测试技术测片表面区域，以便于实验结果的处理。在叶片s／c得叶片表面温度，获得高分辨率换热特性分布云图，：一0．55位置附近即有机玻璃通道曲面交接处透更详细地了解涡轮叶片表面流动与换热