摘要：针对简化的叶片尾缘，设计了3种旋流冷却结构，即冷气分别从旋流腔中部射流孔、旋流腔异侧射流孔、旋流腔同侧射流孔进出旋流腔，并与常规凸台扰流柱冷却结构进行了对比数值研究，分析其强化换热机理和效果．结果表明：旋流腔的结构和冷气的进流布置对旋流冷却性能的影响很大，冷气从旋流腔某侧射流孔进出的旋流冷却结构不仅在流向截面产生涡旋，在展向截面也会产生涡旋，从而有效强化对流换热；相比凸台扰流柱冷却结构，旋流冷却结构能够增强换热，平均努塞尔数增大6．8％～22．9％，但流动阻力也随之增加；冷气从旋流腔异侧射流孔进出的冷却结构强化换热能力较高；而冷气从旋流腔同侧射流孔进出的冷却结构流动换热综合系数比凸台扰流柱提高4．2％，综合性能相对较优．

摘要：为了研究喷嘴周向位置及旋流腔拔模斜度对旋流冷却流动和传热特性的影响,探究综合性能更为优良的冷却结构,建立了适用于叶片前缘的旋流冷却模型。在验证了湍流模型的前提下,采用CFD方法对不同模型的流动换热特性进行了对比分析。结果表明:冷气从进口射入旋流腔,形成高速旋转运动;冷气的三维流线沿轴向先径向收缩后径向扩张。喷嘴周向位置改变时,高速旋流区和低速旋流区的相对位置改变,并且高Nu区域的周向位置改变。对于叶根进气的情况,拔模斜度增大时,高速旋流区面积增加,低速旋流区面积减小,并且压力系数减小;当拔模斜度为正值时,压力系数沿轴向降低;拔模斜度为负值时,压力系数沿轴向升高,高Nu区域面积随着拔模斜度的增加而增加。叶根进气时,以拔模斜度为-1°时为参考值,拔模斜度增大至1°时,换热强度提高了9.1%,靶面传热量增加了8.4%,摩擦因数减小了4.1%,综合换热因数提升了8.8%。本文研究分析了不同几何参数下的旋流冷却流动和换热特性,以期为实际叶片前缘冷却结构的设计提供一定的理论参考。

摘要：【目的】燃气轮机透平叶片在高温高压环境中工作,冷却技术的有效性直接影响其性能和寿命。对旋流冷却技术的研究现状进行综述,旨在总结和评估该技术在提高冷却效率和减少热应力方面的应用,系统性地分析旋流冷却技术的基本原理及其性能表现。【方法】重点分析了旋流冷却通道设计、旋流-气膜复合冷却以及旋转条件对传热效果的影响。【结果】旋流冷却技术显著提高了叶片冷却效率,减少了热应力集中现象。具体而言,合理设计旋流冷却通道可以实现冷却流体的均匀分布,增强冷却效果,延长叶片使用寿命。【结论】旋流冷却技术在燃气轮机透平叶片冷却中的应用具有广阔前景。未来的研究应继续深入探索旋流冷却技术的优化设计及其在不同工况下的性能表现。同时,结合先进的制造技术(如增材制造),可以进一步提升旋流冷却通道的设计复杂度和冷却效率,为燃气轮机的高效稳定运行提供可靠保障。

摘要：随着燃气轮机透平进口温度的不断提高,其换热与冷却问题已然成为现代高性能燃气轮机研发中亟待解决的核心关键技术之一。透平叶片的冷却可以分为内部冷却和外部冷却,结合作者近年的研究工作,详细综述了燃气轮机透平叶片内部换热与冷却问题的研究现状与进展,着重介绍了叶片内部蛇形通道冷却、叶片内部冲击冷却和前缘的旋流冷却及尾缘柱肋冷却,指出了它们各自在相关方面需要进一步开展的工作。其中:在蛇形通道冷却方面,需要进一步研究旋转状态下蛇形通道内流动与换热特性、发展高性能的扰流装置及通道弯头结构、设计新颖高效的叶顶内部冷却结构、获得带气膜孔或冲击孔的蛇形通道内的换热与冷却特性;在叶片前缘内部冲击冷却方面,需要研究不同曲率面上的冲击冷却换热特性、旋转条件下的冲击冷却以及冲击气膜复合冷却特性;在旋流冷却方面,需要对其结构参数的影响开展进一步的广泛研究,并开展旋转状态下旋流冷却特性的研究;在尾缘柱肋冷却方面,需要进一步研究复杂流场下柱肋阵列通道中的流动换热与众敏感因子之间的关系。