气膜冷却涡轮导叶热障涂层热应力的数值模拟

摘要

基于CFD模拟获得的气膜冷却涡轮导叶不均匀温度场,考虑TGO热生长增厚和合金材料的塑性和蠕变行为,对涂层热应力进行了模拟.结果表明,高温区域出现在叶盆和叶背中后部,以及叶栅人口处端壁边缘,涂层使得叶身处合金材料最高温度下降了30℃.在高温工作初期,涂层热应力集中范围更广,易发生早期开裂,而随着高温时间累积,合金材料的蠕变和塑性行为减小了涂层及合金的应力集中范围,并在200～400 h内趋于稳定.TC在叶身处的应力集中区出现在邻近尾缘区域、叶背最大曲率处,以及进气边靠近上下端壁的气膜孔区域;在端壁处的应力集中区初期主要出现在叶栅人口处的进气侧边缘和上端壁气膜孔区域,高温工作时间累积后仅集中在上端壁气膜孔区域.TGO热生长区域应力集中明显,400h后厚度达到4.79 μ.m,易诱发涂层剥落.