涡轮叶片前缘气膜冷却机理及流场分析

摘要

为探究航空发动机涡轮叶片前缘气膜冷却机理及气膜孔射流对叶片表面气体流场的影响,为涡轮叶片气膜冷却设计和维修提供参考。以普惠PW4084一级HPT叶片为参照构造叶身及内部流道结构、并为叶片设置合适的主流流道;建立叶片前缘气膜冷却模型,在不同吹风比下的气膜冷却进行了数值模拟。结果表明:叶片表面气膜冷却效率具有较强三维性,吸力面前缘处在小吹风比时,射流不能延伸到下一排孔边界无法对孔排间区域进行充分冷却保护,压力面前缘射流贴附壁面后,受到凹曲率表面的导向和约束作用向下游更好地延伸;叶片展向平均气膜冷却效率随吹风比增大而增加,增加速率随吹风比增大而降低;射流使压力面前缘孔排间气流流向沿叶片径向朝叶顶方向偏转、使吸力面叶顶凸曲率处发生气流分离而引起回流,叶顶易产生涡流消耗气体动能。