涡轮叶片与轮盘间枞树型榫头间隙中的流动与换热特性试验研究

摘要

枞树型榫头是大多数燃气涡轮采用的将叶片团联在轮盘上的一种方式，同时，利用榫头联接的间隙，通过冷却空气对叶根与轮缘进行冷却与隔热。气流在此间隙中的流动与换热特性对叶片榫头与轮缘温度场有根本的影响，从而影响整个涡轮结构的热分析。过去对流动与换热特性的大量研究是针对圆管、三角形、矩形或圆环管等规则通道进行的。本文则针对枞树型榫头联接间隙的特殊“Ｓ”型通道中的流动与换热特性作了试验研究。通过水洞流场显示与速度分布特征，发现了它是三维流动，并存在着多流态现象。在紫铜片制成的放大模型上的试验结果表明，榫头间隙中由于存在着复杂的三维流动与多流态现象，没有典型的层流到紊流的转捩点，仅在Ｒｅ＝８０００附近存在一个转变区。用电热膜加热，用热电偶测温度场，保证在等温条件下，测试了该模型的平均换热特性。在充分发展的紊流区，即高Ｒｅ数范围内，其平均换热特性与规则非圆管流的特性类同，而在过渡区则显示出差别。进一步研究多流态下的换热特性对于燃气涡轮的热分析是很有意义的。