[发明专利]一种新型冲击冷却扰流结构

说明书

本发明公开了一种新型冲击冷却扰流结构，包含上壁面、下壁面和若干扰流柱；扰流柱呈柱状，其上端面、下端面为形状相同的椭圆，上端面、下端面之间的中截面为面积小于上端面的椭圆，扰流柱的柱面由上端面、下端面到中截面曲线过度，且上端面、下端面、中截面的长轴均平行；若干扰流柱设置在上壁面、下壁面之间，使得上壁面、下壁面之间形成冷却通道。冷却气体通过冷却通道的扰流柱群进行强化换热后，流出通道。本发明的新型扰流柱结构及组合方法优点在于能够充分利用冷却气体，降低冷却气体在高温部件内部的压力损失，并能提高扰流柱区域的换热能力。

技术领域

本发明涉及燃气轮机、航空发动机高温部件冷却以及其他涉及冲击冷却的领域，尤其涉及一种新型冲击冷却扰流结构。

背景技术

燃气轮机作为航空发动机的主要动力来源，一直是航空技术人员的工作核心，燃气涡轮发动机主要通过高温高压燃气推动涡轮叶片转动。

由热力学循环可知，提高涡轮前燃气温度可以提高热循环效率以及推重比，因此提高涡轮前燃气温度是提高燃气涡轮发动机性能的重要手段。随着涡轮前燃气温度的不断提高，涡轮叶片热承受能力受到了严峻的考验，为了保证发动机高效运行，涡轮安全可靠的工作，需要不断提高涡轮叶片的热承受能力。通常从合成新的耐高温材料和开发高效的冷却技术出发。

目前，高效的冷却技术的开发已经取得诸多成果，其中设置扰流柱是涡轮叶片冷却的有效措施之一。扰流柱设置在涡轮盘内部、涡轮叶片内部冷却通道等部位，冷却流体流经扰流柱群时，冷却气体产生边界层分离，从而增强了气体的冷却效果，达到冷却涡轮叶片的目的。

对于燃气轮机涡轮盘以及涡轮叶片来说，扰流柱的设置不仅能够起到增强换热的作用，而且还可以起到增强该部件的结构强度。

现有的冲击冷却扰流结构中具有以下局限性：

当前普遍采用的扰流柱结构为圆形柱、水滴形柱等，圆形柱状扰流柱具有较好的换热能力，但冷却流体压力损失较大；水滴柱状扰流柱带来的压力损失较低，但是其换热能力也受到了限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种新型冲击冷却扰流结构，即减少冷却气体的压力损失，又最大程度的提高冷却能力。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种新型冲击冷却扰流结构，包含上壁面、下壁面和若干扰流柱；

所述扰流柱呈柱状，其上端面、下端面为形状相同的椭圆，上端面、下端面之间的中截面为面积小于上端面的椭圆，扰流柱的柱面由上端面、下端面到中截面曲线过度，且上端面、下端面、中截面的长轴均平行；

所述若干扰流柱设置在上壁面、下壁面之间，使得上壁面、下壁面之间形成冷却通道。冷却气体通过冷却通道的扰流柱群进行强化换热后，流出通道。

作为本发明一种新型冲击冷却扰流结构进一步的优化方案，所述扰流柱的迎流面上设有若干通孔，所述通孔的方向和来流方向相同。

作为本发明一种新型冲击冷却扰流结构进一步的优化方案，所述若干扰流柱中一部分扰流柱的迎流面上设有若干通孔、通孔的方向和来流方向相同，另一部分扰流柱的迎流面上不设通孔。

作为本发明一种新型冲击冷却扰流结构进一步的优化方案，所述扰流柱通孔在扰流柱的迎流面均匀分布，且扰流柱上端面的长轴方向和来流方向相同。

作为本发明一种新型冲击冷却扰流结构进一步的优化方案，扰流柱的柱面曲面沿流向半径为11.1a，沿展向半径为19.8b，上端面、下端面长短半轴比为4a:2.25b，中截面的长短半轴比为2.8a:1.6b，扰流柱沿流向间距为17a，横向间距为16.5b，a、b均为预先设定的长度阈值，且4a大于2.25b。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：