气流冲角及孔型对燃气轮机静叶前缘气膜冷却特性影响

摘要

燃气轮机叶片的前缘是最关键的传热区，工业界通常采用气膜冷却来保护前缘。前缘气膜冷却可降低高温氧化,蠕变,腐蚀,热力疲劳,从而增加部件寿命。
　　本文针对具有三列叉排圆形气膜冷却孔的燃气轮机叶片前缘的高温冷却问题，进行了实验和数值模拟。实验在常温、低速风洞中进行，运用红外热像仪拍摄试件表面温度场，采用瞬态测量方法同时获得气膜有效度和对流换热系数；运用数值模拟软件FLUENT获得了气膜有效度以及流场。分析了孔型(圆孔和成形孔)、冲角(0°/5°/10°)在不同吹风比(0.5－2)条件下对前缘气膜冷却流场和气膜有效度的影响。结果表明孔型和冲角是影响前缘气膜冷却流场和冷却效果有重要影响：
　　成型孔较圆孔在吹风比较大时冷却效果要好，在吹风比较小时效果相当，甚至略差些。孔型的改变对气膜孔出口处的流场有直接的影响，成形孔的使用减弱了冷却工质出口处的涡系。
　　冲角的变化对前缘气膜孔出口的流线有较大影响；冲角变化在平均吹风比为1或更小时影响较明显，在吹风比更大时对前缘冷却效果影响不大。中心气膜孔与左、右两侧气膜孔之间的区域对冲角的变化比较敏感。无论是圆孔还是成形孔，冲角的变化对二者气膜有效度的影响有类似的规律。中心气膜孔与左侧气膜孔之间的区域在5冲角时冷却有效度最低，随着冲角的增加，左侧下游区域的气膜有效度下降，右侧下游区域的气膜有效度上升；在平均吹风比为1时，右侧下游区域随着冲角的增加没有单调的增减关系。
　　圆孔的气膜有效度在吹风比为1时最大，当冲角改变时则不然；成形孔的气膜有效度在吹风比最大时最高，冲角改变时亦如此。随着吹风比的减小，气膜孔出口处的涡变小，直至消失。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2叶片前缘气膜冷却研究回顾

1.3本文主要研究内容

第二章 实验与数值模拟

2.1实验装置

2.2红外热像仪

2.3瞬态测量方法

2.4数值模拟：

第三章 实验结果分析

3.1圆孔在不同冲角条件下吹风比对前缘冷却的影响：

3.2 成型孔在不同冲角条件下吹风比对前缘冷却的影响：

第四章 数值模拟结果分析

4.1孔型的影响

4.2冲角的影响

4.3吹风比的影响

第五章 结论与展望

5.1本文的主要结论

5.2研究展望

参考文献：

致谢：

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