基于空气幕冷却的涡轮端壁改进冷却结构的高温数值验证

作     者：蔡海扬 吴航 杨星 丰镇平 CAI Haiyang;WU Hang;YANG Xing;FENG Zhenping

作者机构：西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室陕西西安710049 

基　　金：国家科技重大专项(2017-III-0003-0027) 

出 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2025年第46卷第1期

页      码：172-183页

摘      要：叶栅端壁是航空发动机高压涡轮中流动结构与传热冷却特征最为复杂的区域之一。为提高采用轴向气膜冷却孔布局的原型涡轮端壁的综合冷却性能,本文依据各区域的流场结构和热负荷特性有针对性地进行局部高效气膜冷却强化设计,包括应用端壁通道进口空气幕冷却、扇形气膜孔以及等马赫数线优化布局等方法,使得冷气可以克服横流和二次流的影响,冷气附壁性和覆盖面积大幅提升。本文采用数值模拟方法在某型航空发动机高压涡轮真实进口条件下,验证了端壁改进冷却设计的耦合换热特性。与端壁原型冷却设计相比,在相同冷气消耗量下,端壁改进冷却设计在涡轮真实平均进口温度2150 K下实现了更低且更均匀的金属温度分布,有效消除了原型冷却设计中存在的局部高温热斑,端壁面积平均综合冷却有效度提升了14.2%。叶栅气动分析表明,端壁改进冷却设计还可以降低叶栅出口总压损失,改善叶栅气动性能。冷气流线分布规律表明,空气幕冷却在端壁应用中表现出良好的冷却性能;当空气幕冷气吹风比达到1.85时,可以克服端壁附近涡系的影响而达到尾缘区域形成冷却,并削弱二次流对压力面侧气膜冷却的不利影响;但当空气幕冷气吹风比达到2.12时则会由于过大的射流动量而脱离端壁表面,从而损失部分冷却效果,因此需要合理分配冷气用量。

主 题 词：涡轮端壁 耦合换热 气膜冷却 空气幕冷却 综合冷却有效度 

学科分类：082502[082502] 08[工学] 0825[工学-环境科学与工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.13675/j.cnki.tjjs.2308027

馆 藏 号：203156828...