高壓渦輪動(dòng)葉冷卻結(jié)構(gòu)改型設(shè)計(jì)數(shù)值研究.pdf

1、自20世紀(jì)初問(wèn)世以來(lái),燃?xì)廨啓C(jī)以其功率大、尺寸小、重量輕、可快速啟動(dòng)和加速等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空、航海以及發(fā)電行業(yè)。由于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)涉及軍民兩用,發(fā)達(dá)國(guó)家出于政治、軍事和經(jīng)濟(jì)因素,對(duì)我國(guó)進(jìn)行嚴(yán)格技術(shù)封鎖,所以設(shè)計(jì)高性能燃?xì)廨啓C(jī)只能依靠我國(guó)相關(guān)工程技術(shù)人員走自主研發(fā)之路。燃燒室出口總溫是衡量燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)效率的重要指標(biāo),如今,高性能燃機(jī)燃燒室出口總溫已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)材料的承受范圍,高效燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件冷卻技術(shù)被各國(guó)列入研制高性能燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

2、。燃?xì)廨啓C(jī)高壓動(dòng)葉承載了巨大的氣動(dòng)載荷和熱載荷,工作環(huán)境十分惡劣,其冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件冷卻技術(shù)的核心。
　　本文以F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)的第一級(jí)動(dòng)葉為對(duì)象,使用ANSYSCFX對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的研究,增強(qiáng)了對(duì)第一級(jí)動(dòng)葉復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),細(xì)致的分析了第一級(jí)動(dòng)葉冷卻結(jié)構(gòu)和冷卻機(jī)理,指出了原型葉片存在表面溫度偏高、冷氣分布不均的內(nèi)在原因,并提出在葉片表面添加熱障涂層和蛇形通道去掉補(bǔ)氣孔的冷卻結(jié)構(gòu)改型方案

3、。
　　在確立改型方案后,本文先對(duì)葉片表面添加熱障涂層的改型方案進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,并將計(jì)算結(jié)果與原型對(duì)比,發(fā)現(xiàn)熱障涂層外表面的溫度升高,但熱障涂層良好的隔熱性能減少了主流高溫燃?xì)鉄崃肯騼?nèi)的傳導(dǎo),保護(hù)了涂層下葉片金屬表面,使其溫度降低。完成第一次改型計(jì)算后,本文對(duì)加涂層葉片的內(nèi)冷通道進(jìn)行了去掉補(bǔ)氣孔的第二次改型,并將其數(shù)值模擬結(jié)果與第一次加涂層改型的數(shù)值結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),去掉補(bǔ)氣孔后進(jìn)入蛇形通道的冷氣流量分配更加合理,葉片金屬表面溫度和最大

4、溫差進(jìn)一步降低,達(dá)到了預(yù)期的冷卻效果。
　　考慮到難度和經(jīng)濟(jì)性,通常高壓渦輪動(dòng)葉的冷卻試驗(yàn)都在靜止?fàn)顟B(tài)下完成,這需要驗(yàn)證靜態(tài)試驗(yàn)的可靠性。本文通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)比靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的動(dòng)葉氣動(dòng)性能和換熱性能,研究了旋轉(zhuǎn)對(duì)葉片冷卻效果的影響。模擬結(jié)果顯示,旋轉(zhuǎn)條件下蛇形通道內(nèi)的冷氣在離心力、科氏力及他們衍生的浮升力的作用下,湍流度增大,換熱能力提高。所以,如果在靜止條件下動(dòng)葉冷卻的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求,那么在旋轉(zhuǎn)條件下動(dòng)葉的冷卻結(jié)構(gòu)能取得更