透平动叶叶顶气膜冷却设计方案研究

摘要

透平动叶叶顶是叶片上温度最高的区域,流动换热情况复杂。为降低叶顶区域的温度,对叶顶展开气膜冷却方案研究,使用流热耦合数值方法模拟叶顶区域的流动换热。首先对无叶顶气膜冷却的模型展开计算,获得叶顶高换热区所在位置。根据局部高温区的位置,提出3种叶顶气膜冷却方案,分析各个方案下叶顶的热载荷情况。基于叶顶的表面相对温度、传热系数的分布以及冷气消耗量,比较不同叶顶气膜孔方案的冷却效果。从冷却效果、温度分布均匀性、冷气消耗量等方面对叶顶气膜设计方案进行评估,发现在冷气增量小于1%的条件下,在叶顶凹槽的前部、中后部近吸力面以及叶顶外侧压力面全弧长范围、吸力面前缘附近设置气膜孔是最佳的气膜冷却方案,该设计方案可以使叶顶除尾缘外的前缘至中弦区域平均温度降低83 K,且温度分布最为均匀。研究成果可为未来叶顶冷却升级改进设计提供参考。