[发明专利]一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法

说明书

一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，包括：根据热障涂层和不带有热障涂层的涡轮叶片的两个计算域的温度场分布，以及热障涂层应力场的最大主应力和最大剪应力数据，进行预设程序计算,获得热障涂层的隔热效率，获得热障涂层局部综合和全局综合评价因子,本发明实现了三维带气膜孔的涡轮叶片热障涂层的模拟方法；建立了一个热障涂层应用效果评价参数，从隔热效率和应力水平两方面共同考虑来评价热障涂层，能更全面的体现热障涂层的综合应用性能，更利于热障涂层的设计和分析。

技术领域

本发明涉及高性能航空发动机中，隔热防护涂层系统的技术领域，具体涉及一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法。

背景技术

热障涂层(thermal barrier coatings,简称TBCs)是一层陶瓷涂层，它沉积在耐高温金属或超合金的表面。热障涂层对于基底材料起到隔热作用，其可降低基底温度，使得发动机涡轮叶片能在高温下运行，具有熔点高、热传导率低、耐腐蚀性、抗热震的特点。高温服役过程中，热障涂层可保护高温基底、提高热机温度和热效率，从而被广泛应用于航空、化工、冶金和能源领域。

热障涂层主要应用在带有气膜冷却、内部冷却结构的复杂叶片上，其隔热性能复杂多变，改善热障涂层的成分和结构上来提高热障涂层的隔热效率降低基底温度是当前研究的热点。另外，由于服役环境的恶劣，热障涂层应用的过程中可能剥落失效，导致叶片基底暴露在高温燃气下，导致巨大的损失和灾难，因此，服役寿命是制约热障涂层应用和发展的另一个关键问题。

热障涂层的隔热性能和服役寿命是两个非常重要的参数，被大量的研究和预测，而应力是影响服役寿命最主要的因素，但由于叶片结构的复杂性，热障涂层在不同工况下可能隔热性能好但应力过高导致服役寿命低、可能应力低但隔热性能不好导致基底叶片提前破坏，使得热障涂层在设计和应用过程中顾此失彼，造成巨大的困难。因此，结合热障涂层的隔热性能和应力水平两个方面来综合评价热障涂层的应用效果是非常必要的，建立一种热障涂层在涡轮叶片上的综合应用效果的评价方法对热障涂层的应用是有意义的。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，基于热障涂层的隔热性能和应力水平两个方面衡量热障涂层应用效果的评价方法(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，包括以下步骤：

步骤一，建立几何模型；；

步骤二，根据几何模型建立计算网格；

步骤三，根据所述计算网格,设置求解边界条件和材料参数,进行迭代计算,获得热障涂层和涡轮叶片两个计算域的温度场分布；

步骤四，根据热障涂层计算域的温度场分布和热障涂层计算网格，设置求解边界条件和材料参数,进行迭代计算,获得热障涂层应力场分布，并获得所述热障涂层应力场的最大主应力和最大剪应力数据；

步骤五，根据热障涂层和涡轮叶片的两个计算域的温度场分布，以及热障涂层应力场的最大主应力和最大剪应力数据，进行预设程序计算,获得热障涂层的隔热效果，获得热障涂层局部综合评价因子和全局综合评价因子；

步骤六，根据热障涂层局部综合评价因子和全局综合评价因子，获得对热障涂层的隔热效果和应力水平的评价。

优选的,所述步骤一使用有限元分析软件，建立热障涂层的几何模型、涡轮叶片几何模型和外流场几何模型，热障涂层设置在涡轮叶片外部，包裹涡轮叶片,其中：热障涂层几何模型材料设定为氧化钇稳定的氧化锆；涡轮叶片几何模型材料设定为钢；外流场几何模型材料设定为空气。