涡轮叶片尾缘微小尺度冷却通道的流动与换热特性研究.pdf

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1、涡轮叶片尾缘微小尺度冷却通道的流动与换热特性研究孟通，郭涛，郑杰(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)NumericalStudyofFlowandTransferCharacteristicsofMmicro—scaleCoolingStructureofTrailingEdgeinSmallTurbineEngineBladesMENGTong，GUOTao，ZHENGJie(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’

2、an710072，China)摘要：为了研究小型航空发动机涡轮叶片尾缘安全工作_】]。涡轮尾缘附近叶片较薄，冷却结构布的新型冷却方案，应用数值模拟的方法，对不同尺度置较为困难，这种情况在小型发动机叶片尾缘处更及克努森数下的冷却结构的流动及换热特性进行了为严重。大型发动机涡轮叶片尾缘的冷却结构形式研究。计算并比较了不同条件下冷却结构的总压系比较复杂¨2]。针对大型发动机涡轮叶片，尾缘内部数、换热系数及综合冷效。冷却结构包括扰流柱冷却结构、劈缝冷却结构、针肋关键词：涡轮叶片尾缘；小尺度；克努森数；数值冷却结构_3]和复合

3、通道隔板冷却结构l_4等冷却形模拟式，但是以上冷却方式大部分只能应用到大中型发中图分类号：V231．1动机涡轮叶片。对于尺寸小，转速高的小型涡轮发文献标识码：A动机，涡轮的平均半径仅为大发动机涡轮的1／5～文章编号：1001—2257(2014)06—0052一O51／2[5]，涡轮叶片尺寸较小，叶片厚度较薄，相应地尾Abstract：Inordertoinvestigateanewcooling缘长度较小，因此，小型发动机涡轮叶片冷却结构的structureoftrailingedgeinsmallturbinee

4、ngine设计和制造不能完全移植大型发动机的经验。微小blades，anumericalstudywasperformedtosimu—型发动机涡轮冷却困难，很难在叶片内部布置复杂latetheflowandheattransfercharacteristicsof的冷却孑L，尤其在尾缘部分基本无冷却结构。因而micro——scalecoolingstructuresanddrawconclu——经常导致涡轮叶片尾缘超温或烧蚀，而导致发动机sionsoftheinfluenceofdifferentKnudsennu

5、m—产生重大故障。bersanddifferentstructures．Thepressureloss，微小通道内的流动与换热在微电子及生物领域heattransfercoefficientandoverallcoolingeffi—等有着广泛的应用，也是当前传热学领域内的前沿ciencyunderdifferentconditionswerecalculated问题[6]，微尺度冷却结构存在面积体积比大等优点，将其应用于涡轮叶片冷却中就具有很大的现实意andcompared．Keywords：trailingedg

6、e；micro—scale；Knud—义。小型发动机叶片冷却结构尺寸已经接近小尺度sennumber；numericalsimulation范围，而当前对其的研究基本上都是针对放大模型，并未考虑尺度减小流态变化所引起的附加效应。当前的理论主要是通过引入克努森数Kn来判断流体0引言是否为连续流体，因此，小尺度结构流动特性与换热特性是否与传统的宏观尺度流动有所区别，是一个随着科学技术的发展，现代航空发动机燃气涡值得探讨的问题。国内外学者已经对槽道、圆管内轮前温度已远远高于制造材料的耐温极限，因此，必的微尺度流动换热进行了

7、研究[7。结果表明，微须对涡轮等热端部件采取有效的冷却措施以保证其通道中流体的流动和传热现象有其特有的机理和规收稿日期：2014一O1—21律，与常规尺寸通道内的流动和传热规律有着显著·52·《机械与电．子》2O14(6)型有影响，可以预计到总压系数不会出现明显改变，同冷却孔位置对尾缘换热影响较小，孔位置的加工图9体现了这一结论。误差对叶片冷却效果影响不大。28642l8642O参考文献：目[1]HanJC，DuttaS，EkadSV．Gasturbineheattransfer每一mm，靠近壁面andcooling

8、technology[M]．NowYork：TaylorandZmm，叶片中部illm，靠近壁面Francis，Inc，2000．mm，叶片中部E2]丁水汀，李果，李莉，等．涡轮叶片尾缘复合通道隔0l0O0020000板结构对流动的影响[J]．北京航空航天大学学报，e2009，35(6)：779—782．(a)2种冷却孔位置下对流换热系数变化[