摘要：采用数值模拟方法研究了不同角度和吹风比条件下V形气膜孔的气膜冷却效率,并与椭圆形气膜孔进行了对比。结果表明:相同吹风比下,3种V形气膜孔的冷却效率都要高于椭圆形气膜孔,角度对V形气膜孔冷却效率有较大影响。计算结果对目前涡轮叶片气膜孔的设计有一定指导意义。

摘要：气膜冷却能够对涡轮叶片表面起到良好的保护作用,但是在非设计状态下,边界层、冷气与主流的相互作用对涡轮气动性能产生不利影响。采用数值模拟的方法,研究了不同来流攻角下冷气的气动参数对掺混损失的影响规律。根据冷气与主流的动能比将主流与冷气的掺混过程分为低吹风比和高吹风比两种典型的模式。当动能比大于1时,掺混损失与动能比存在着线性关系;当动能比小于1时,掺混损失与吹风比存在着线性关系。基于主流与冷气不同的掺混模式并考虑攻角的影响,发展了一种预测非设计攻角下掺混损失的模型进行了初步验证。结果表明,大部分工况下掺混损失的预测结果与数值模拟结果的偏差在10%之内。

摘要：为有效评估轴向收敛造型对端壁气膜冷却性能的影响,数值研究了不同吹风比下,轴向收敛造型对跨声速燃气涡轮叶栅端壁上游双排离散孔绝热气膜冷却效率的影响。模拟某工业燃气涡轮真实运行工况(进口湍流度为16%、出口马赫数为0.85、出口雷诺数为1.5×10^(6)),采用基于“两类热边界条件”模型的壁面传热系数和绝热冷却效率数值预测方法,比较分析了3种吹风比(1.0、2.5、3.5)下,简化平板端壁结构和轴向收敛造型端壁结构的端壁热负荷分布、绝热气膜冷却效率分布和近端壁二次流场结构,以及端壁上游气膜孔射流对叶片表面的二次冷却作用(幻影冷却)。结果表明:轴向收敛造型可以削弱马蹄涡强度,降低端壁热负荷,尤其是叶片肩部区域;轴向收敛造型可以显著增加端壁气膜覆盖范围和绝热气膜冷却效率,尤其在叶片前缘和压力面等难以冷却区域;随吹风比增加,轴向收敛造型对端壁气膜冷却特性的影响效果先增加后减小,在设计吹风比为2.5时,轴向收敛造型对端壁绝热气膜冷却效率的增强效果最显著(增加约35%);轴向收敛造型显著增加叶片前缘和压力面幻影冷却面积,尤其是叶片前缘附近面积增加约100%(设计吹风比下,冷却区域达0.1倍叶高),可有效减小叶片冷却的冷气需求流量。轴对称收敛端壁造型是进一步提高燃气涡轮叶栅端壁绝热气膜冷却效率、减小冷气流量,实现端壁高效冷却布局的有效技术途径。

摘要：本文采用SST湍流模型和雷诺时均方法(RANS),针对传统横向槽道进行了具有双曲率边沿的设计并对其气膜冷却性能在C3X叶片模型上进行了数值模拟,获得了不同吹风比时传统横向槽道孔,双曲率槽道孔和无槽道孔的气膜冷却效率。结果表明,吹风比为0.5、1.0、1.5时冷却效率呈现出双曲率槽道孔高于传统横向槽道孔,而后者又高于无槽道孔的规律。

摘要：应用窄带瞬态液晶测量技术对轴向1个单元层板模型的外表面冷却效率和换热系数,在气膜孔射流角度分别为30°和90°,吹风比分别为1.0,1.5和2.0下的变化规律进行了试验研究。结果表明:层板模型双排孔下游区域冷却效率均随着吹风比的增大而减小;不同射流角度气膜孔的冷却效率分布形态不同;30°和90°气膜孔层板表面换热系数随吹风比的变化均不明显。

摘要：针对中、高吹风比下容易产生反向涡对的问题,为了改善中、高吹风比下气膜孔的冷却效率,进行了新型抗涡气膜孔的设计和研发工作。根据造型参数不同,设计了四种新型反对称涡气膜孔结构,首先研究了不同几何结构的新型气膜冷却孔对平板气膜冷却特性的影响。然后将反对称涡新型气膜冷却结构运用于叶栅端壁,前缘冷却孔排采用了不同冷却结构的单、双排冷却孔布置,计算分析了各种冷却结构在不同吹风比下对应的端壁气膜冷却特性分布。结果表明,在中、高吹风比下,不同造型条件的新型气膜冷却孔都具有较大的冷却范围,均能较好地贴合壁面,从而起到有效保护壁面的作用。

摘要：在现代燃气轮机的设计中,气膜冷却技术有效地阻止了高温燃气来流对于叶片的损伤。采用数值模拟的方法,针对圆形气膜孔近壁面区域的流场进行分析。运用大涡模拟(LES)湍流模型,分别在吹风比为0.5和1.0的情况下,分析了叶片气膜孔出口的近壁面部分流动状态和壁面气膜冷却效率分布情况,并与实验结果进行对比。从结果中可以看出,数值模拟精确地捕捉到气膜冷却涡结构变化对气膜冷却的影响。在射流与主流气体的混合过程中,大涡模拟更清晰地显示出上升涡结构对于冷却效率的微小变化的作用以及涡结构分离所产生的影响。

摘要：为了解冷气喷射对涡轮叶片前缘气膜冷却特性的影响,对圆柱形前缘双排孔气膜冷却进行全三维N-S方程数值模拟。计算域网格采用FNM形式的多块结构化网格。研究了射流与主流的流动机理,分析了不同吹风比下对壁面冷却效率的影响。计算结果表明,壁面平均绝热效率随吹风比的增大而升高。针对第二排孔结构参数进行优化设计,优化后的冷却效果要明显优于原始结构。

摘要：设计了两种适用于驻涡燃烧室的发散冷却结构,发散孔的倾角分别为30°和150°,并通过试验研究了两种冷却结构在不同位置处,不同温比及吹风比条件下的冷却效果.试验结果表明,两种冷却结构均具有较高的绝热效率;两种结构的绝热效率随主流温度或吹风比的变化规律相同;凹腔前壁面的绝热效率最高,后壁面的绝热效率最低;在相同试验条件下,倾角150°冷却结构的绝热效率高于倾角30°冷却结构的绝热效率;随着冷却气量的减小,两者之间的差距逐渐增大.最后,通过数值计算方法对试验结果进行了分析.

摘要：为改善燃气轮机高温透平叶片的设计,使用压力敏感漆实验技术和数值方法对平板气膜冷却进行对比研究,分析了0°、45°和90°复合角时,有无横槽结构对圆孔气膜冷却的影响。结果表明有复合角时横槽结构能显著提高气膜冷却效率,因为横槽壁对射流形成阻碍作用,在横槽内形成侧向涡,加强了由复合角引起的射流侧向动量。