[发明专利]一种带椭圆型扰流柱及导流锥出口的网格缝气膜冷却结构在审

专利信息
申请号: 201910297367.7 申请日: 2019-04-15
公开(公告)号: CN110043326A 公开(公告)日: 2019-07-23
发明(设计)人: 朱惠人;张博伦;姚春意;刘存良 申请(专利权)人: 西北工业大学
主分类号: F01D5/18 分类号: F01D5/18
代理公司: 西北工业大学专利中心 61204 代理人: 陈星
地址: 710072 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 扰流柱 底板 网格 唇板 椭圆型 导流锥 缝结构 气膜冷却结构 导流锥出口 锥形导流槽 换热 冷气 表面分布 二维网格 附近区域 冷却气膜 冷却气体 流动阻力 内部换热 强化结构 上倾斜段 后区域 起始点 壁面 导流 缝贴 减小 平齐 展向 叶片 平行 燃气 覆盖
【说明书】:

发明公开了一种带椭圆型扰流柱及导流锥出口的网格缝气膜冷却结构,由唇板、底板、椭圆型扰流柱和导流锥组成;其中,唇板为燃气侧,底板为冷气侧,唇板与底板共同形成二维网格缝结构,唇板边缘与底板上倾斜段的起始点沿流向平齐;网格缝结构中设置椭圆型扰流柱用来导流和强化结构,网格缝出口处底板上设置导流锥,在唇板上设有锥形导流槽,底板上的导流锥表面与唇板上的锥形导流槽表面分布平行;使得冷气离开网格缝贴覆在壁面附近区域,以增强冷却气膜的展向覆盖。网格缝结构可提高网格缝内换热面积并使叶片内部换热增强;椭圆型扰流柱可减小冷却气体的流动阻力,减弱扰流柱后回流涡的强度,增强扰流柱后区域的换热强度。

技术领域

本发明涉及燃气轮机涡轮叶片的冷却技术,具体地说,涉及一种带椭圆型扰流柱及导流锥出口的网格缝气膜冷却结构。

背景技术

随着燃气轮机性能的改善,涡轮前进口温度不断提高,现有某些先进的航空发动机涡轮前进口温度已超过叶片材料所承受的最高温度。因此,必须使用有效的冷却措施才能保证涡轮叶片安全可靠的运行。气膜冷却是叶片上使用的典型冷却方式之一。气膜冷却是在壁面附近沿切线或以一定角度射入一股低温气流,冷气在主流的压力和科恩达效应的作用下贴附于壁面附近,形成温度较低的冷气膜,将壁面同高温燃气隔离,并带走部分高温燃气热量,从而起到保护叶片的作用。

圆柱气膜孔是最早出现的气膜孔型,国内外大量学者对其进行了广泛深入的研究,发现将圆柱形孔布置在涡轮叶片上可以有效提升叶片的冷却效果。但C.Yuen等(Filmcooling characteristics of rows of round holes at various streamwise anglesin a crossflow:Part I.Effectiveness.International Journal of Heat&MassTransfer,2003,46(2),221-235.)在随后的研究中发现圆柱孔射流的展向覆盖能力较弱,而且射流气体抬高使得近壁面无法形成有效的气膜覆盖。二维缝结构可以提供均匀覆盖的冷却射流,是一种更为有效的叶片外部冷却方式。随着气膜冷却技术的发展,Bunker等(AStudy of Mesh-Fed Slot Film Cooling.Journal of Turbomachinery,2011,133(1):011022.)提出了一种网格缝气膜冷却结构并研究了其气膜冷却效率分布特性,该结构特点是在缝内部设置扰流柱连接缝的底板和唇板,以增加结构强度,同时扰流柱还可起到增强内部换热的效果。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足,本发明提出一种带椭圆型扰流柱及导流锥出口的网格缝气膜冷却结构;该网格缝气膜冷却结构可增强结构内部换热强度,减小冷却气体的流动阻力以及扰流柱后回流涡的强度,提高冷却气体展向覆盖面积,使得缝后形成的气膜覆盖更加均匀。

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