[发明专利]涡轮叶片气膜孔孔内换热计算方法

说明书

本发明提供了一种涡轮叶片气膜孔孔内换热计算方法，其包括：S₁、对不含气膜孔的涡轮叶片模型进行建模；S₂、在所述不含气膜孔的涡轮叶片模型的基础上，编译并运行气膜孔孔内换热程序；S₃、获得考虑气膜孔换热的涡轮叶片温度场。本发明相比于传统的气膜孔换热模拟方法，所述涡轮叶片气膜孔孔内换热方法由于不包含气膜孔，建模效率得到大幅提升，单叶片单工况计算时长以分钟计，并且计算精度较高，适合方案筛选。

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮叶片冷却技术领域，特别涉及一种涡轮叶片气膜孔孔内换热计算方法。

背景技术

在现有技术中，随着航空发动机性能要求的进一步提升，涡轮前温度显著提高。高压涡轮叶片承受更高的热负荷，为降低叶片表面温度，气膜冷却技术作为一种高效的涡轮冷却措施被广泛应用。然而，为了预测涡轮叶片温度场，以得到更合理的气膜孔布局，需要对气膜冷却效率分布进行预估。

目前，在工程上模拟涡轮叶片气膜孔孔内换热时，通常采用的方法有两种：

一种是显性模拟气膜孔，叶片模型中包含气膜孔，其特点是计算结果较为精确，但建模工作量大，且模型不易改动；

另一种是冷气侧换热系数等效法，先计算出气膜孔换热系数，然后把气膜孔换热系数以第三类边界条件的方式添加到叶片表面进行模拟计算，其特点是无需对气膜孔进行建模，从而可以简化模型，但精度较差。

但是，上述这两种方法均不是评估涡轮叶片气膜冷效的最有效的方法。常用的涡轮叶片气膜孔孔内换热模拟方法不能兼具建模工作量小和计算精度高的特点，在实际航空发动机涡轮叶片冷却技术领域难以得到广泛应用。

有鉴于此，本领域需要有一种高效的、较高精度的模拟涡轮叶片气膜孔孔内换热的方法，以此提高涡轮叶片气膜孔设计效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中涡轮叶片气膜孔孔内换热模拟方法不能兼具建模工作量小和计算精度高的缺陷，提供一种涡轮叶片气膜孔孔内换热计算方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种涡轮叶片气膜孔孔内换热计算方法，其特点在于，所述涡轮叶片气膜孔孔内换热计算方法包括：

S₁、对不含气膜孔的涡轮叶片模型进行建模；

S₂、在所述不含气膜孔的涡轮叶片模型的基础上，编译并运行气膜孔孔内换热程序；

S₃、获得考虑气膜孔换热的涡轮叶片温度场。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₁具体包括以下步骤：

S₁₁、采用建模软件对不含气膜孔的涡轮叶片进行建模；

S₁₂、采用网格划分软件对所述不含气膜孔的涡轮叶片进行网格划分；

S₁₃、打开ANSYS Fluent软件，导入mesh文件；

S₁₄、设置所述涡轮叶片的叶片壁面换热边界条件和能量方程计算方法；

S₁₅、对所述涡轮叶片的模型温度场进行初始化。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₁₅中具体还包括：检测是否具有温度初场，若是，则所述不含气膜孔的涡轮叶片模型准备完成；若否，则返回步骤S₁₅。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₂具体包括以下步骤：