基于流固耦合的涡轮叶顶喷气冷却特性研究

发布时间：2024-02-27 11:27

　　高温燃气在涡轮动叶叶顶产生的泄漏流不但降低了涡轮效率,更是加剧了叶顶的热负荷.本文基于实验模型,采用流固耦合的数值计算方法,研究了涡轮凹槽叶顶的间隙流与冷却射流相互作用的流动机理以及顶部喷气冷却对凹槽壁面换热效果的影响,重点分析了吹风比、冷却孔倾斜角、冷却孔进气角以及固体材料导热系数对壁面Nu数的影响.结果表明:大吹风比(M=1.5)能有效改善凹槽近压力面一侧肋条及底部的换热,Nu数分布更加均匀;进气角产生的"喷射效应"改变了冷却气流高速区的出口相对位置,当进气角大于0°时,冷却气体能有效阻隔高温流体使壁面Nu数降低;低导热系数材料降低了气流对固体壁面的对流换热,使得壁面的对流换热更加均匀.

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【部分图文】：

图2Normal材料的导热系数和比热曲线图

图1计算模型示意图计算网格采用ANSYS中的Mesh模块进行网格划分,流体域网格和固体域网格分别如图3(a)、图3(b)所示,流体域对孔出口区域及壁面网格进行加密,保证第一层网格的y+<1,从而满足湍流模型的要求,固体域对孔出口处网格进行加密.

图3网格划分

表1凹槽状叶顶计算边界条件Tab.1Boundaryconditionofcomputationalingroovedtip边界条件设置进口总温/K709进口总压/Pa168000出口静压/Pa120000冷气进口总温/K344冷气进口速....

图4数值计算和实验数据对比

式中y表示垂直于主流的侧向方向.1.4网格无关性验证

图5网格无关性

由于本文的计算模型与数值验证的模型存在几何尺寸出入,为了排除网格数量对计算结果的影响,对带有冷却气膜孔(S/W=0.1,α=90°)的流固耦合模型进行了网格无关性验证,验证结果如图5所示.其中,L为凹槽壁面沿流向长度,图中红色实线表示冷却孔中心所在位置,红色虚线区域表示肋条侧壁....

本文编号：3912619