燃气轮机涡轮导向叶片涡流交错肋冷却技术研究

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1、2010芷第36蠢第4期Vo1．36No4Aug2010燃气轮机涡轮导向叶片涡流交错肋冷却技术研究李俊山(沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要：研究了燃气轮机涡轮涡流交错肋冷却导向叶片的冷却效果。采用由联立的连续方程、动量方程和能量方程构成的专用程序，计算了冷却系统流体动力和换热特性；采用通用的有限元计算方法计算了叶片温度场。通过对涡流交错肋通道的几何特性、流体阻力特性参数、叶片冷却系统的流动力和换热、叶片温度场的计算，获得了气冷导向叶片的冷却效果。考虑到最大径向和周向不均匀度和+30oc裕度的情况，得到气冷叶片的中间截面平均降温

2、为350oc，气冷叶片中截面的平均冷却效果为0．383。关键词：气冷叶片；冷却技术；涡流CoolingEfficencyofTurbineGuideVanewithVortexInterlacedRib李俊山(1968)，男。高级工程师，，从forGasTurbine事航空发动机和燃气轮机的空气系统LIJ．n——shah设计、热分析、气冷叶片冷却设计。(ShenyangAeroengineResearchInstitute，Shengyang110015，China)Abstract：Thecoolingefficencytheturbi

3、neguidevanewithvortexinterlacedrib收稿日期：2009—10—29WCISstudied．Thefluiddynamicandheattrcms~rofthecoolingsystemwerecalculatedbythespecialprogramconsistedQ厂thecontinuityequation，themomentumequationand符号表theenergyequation．Theblcutetemperaturefield似∞calculatedbythefiniteelement

4、method．Thecoolingefficencyoftheair-cooledvanewo3definedaccordingtothe肋顶部宽度，mcalculationsongeometricalparameter,fluidresistancecharacteristic，fluiddynamicand槽道法向高度，m／teattransferthecoolingsystemr,temperaturefieldoftheinterlacedribchanne~．Takingthemaximalaxialandradialirreg

5、ularityandthe十3O℃marginintoaccount．thed流体力学和热力学上槽道当averagetemperaturedropo厂themidsectionfortheair—cooledvane∞350℃，andthe量直径。maveragecoolingefficencyo厂themidsectionwas0．383．，J肋间槽道平直段长度值，mKeywords：air-cooledvane；cooltechnology；vortex计算段导流管和叶片肋顶之槽道流通面积和槽道进口决定是进口压力还是出口压间平均间隙值

6、，m排列的肋与槽道总面积，m。面积比力控制符槽道平均高度，m槽道流通面积和槽道出口槽道总流通面积，mnk面积比日k槽道沿叶高高度，m2010芷第36馥第4期Vo1．36No。4Aug．2010示，其节流单元共46个：圆通道4进行简化，保证交错肋高度一致，0．5(1一)(3)个，导流管上的孔排3个，扁平通如图7所示。(1一)(4)道19个，涡流矩阵通道2O个。导向叶片的冷却空气来源于r——一《(5)由空气冷却器预先冷却的2股气=——(叫+273)(6)流，全部空气经过导管开口的上【10J端面流入导管(单元号1)腔，从那如果G<0，则根据已知

7、的进l里射流增压经过导管前缘上孔如口压力求出口压力(单元号2、45、46)冷却带肋的前图7高度一致的肋几何示意图缘(如单元号1等，图5)。冷却前缘后的空气分成2股气流，流人根据如图1所示的计算段导POUT=＼／～()Cmp(7)冷却叶背和叶盆。冷却导管段叶流管和叶片的肋顶之问平均间隙如果G<0，则根据已知的出背的空气沿带肋缝隙通道3～5、值、槽道平均高度、肋间距、肋交口压力求进口压力9～11，再经过通道l6～18流到涡叉半角、槽道沿叶高高度、槽道法流交错肋1进口。冷却导管段叶向高度、肋底边倒圆半径、肋侧表PIN＼／ur(㈦盆的空气流到沿带

8、肋缝隙通道面倾斜角、肋问槽道平直段长度△=一Po(9)6～8，进而经过通道l9～2l流到值、肋顶部宽度、槽道中肋数、槽道3．1．2计算结果第1排涡流交错肋进口。叶片导长度等(即空气流通长度)共