[发明专利]一种确定横流与叶片前缘冲击换热关系式的方法

权利要求书

1.一种确定横流与叶片前缘冲击换热关系式的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，根据涡轮叶片气动设计要求，提取涡轮叶片前缘非对称凹面冷却通道，确定涡轮叶片前缘非对称凹面冷却通道具体结构尺寸，根据具体结构尺寸构建冷却通道模型；

步骤2，根据涡轮实际的工作状态，确定冲击冷却进口工况以及横流进口工况，其中，冲击冷却进口工况包括冲击冷却腔进口雷诺数和冲击进口质量流量；横流进口工况包括横流进口质量流量；

步骤3，对所述横流进口质量流量和所述冲击进口质量流量进行无量纲化处理，得到无量纲关系；

步骤4，根据步骤1构建的冷却通道模型，采用数值模拟方法计算得到横流与叶片前缘冲击换热关系式中各变量数据对应的努塞尔数；

步骤5，根据步骤2确定的工况和步骤3得到的无量纲关系，确定横流与叶片前缘冲击换热关系的函数形式以及待定系数；

步骤6，给定步骤5所述待定系数初值，利用步骤4得到的变量数据进行拟合，得到待定系数值；

步骤7，将步骤6得到的待定系数值代入步骤5确定的函数形式，并与预先得到的数值模拟结果进行误差分析，得到误差值；

步骤8，若步骤7得到的误差值大于5％，则返回步骤5重新确定函数形式以及待定系数；若步骤7得到的误差值不大于5％，则将步骤6得到的待定系数值代入步骤5确定的函数形式，得到最终的横流与叶片前缘冲击换热关系式。

2.根据权利要求1所述的确定横流与叶片前缘冲击换热关系式的方法，其特征在于，所述步骤1中，根据涡轮叶片气动设计要求，涡轮叶片前缘为吸力面长，压力面短的结构形式。

3.根据权利要求1所述的确定横流与叶片前缘冲击换热关系式的方法，其特征在于，所述步骤3中，得到的无量纲关系为：其中，表示横流比，m₂、m₁分别表示横流进口质量流量、冲击进口质量流量。

4.根据权利要求3所述的确定横流与叶片前缘冲击换热关系式的方法，其特征在于，所述步骤4中，采用数值模拟方法计算得到横流与叶片前缘冲击换热关系式中各变量数据对应的努塞尔数，即得到一系列的努塞尔数-冲击冷却腔进口雷诺数-横流比以及一系列的努塞尔数-冲击进口和横流进口总质量流量-横流比。

5.根据权利要求4所述的确定横流与叶片前缘冲击换热关系式的方法，其特征在于，所述步骤5中，确定的横流与叶片前缘冲击换热关系的函数形式以及待定系数，具体为：

当冲击冷却腔进口雷诺数不变，横流比改变时，横流与叶片前缘冲击换热关系的函数形式为：

当冲击进口和横流进口总质量流量不变，横流比改变时，横流与叶片前缘冲击换热关系的函数形式为：

其中，C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇均为待定系数，Nu表示努塞尔数，Nu定义为：

其中，h为对流换热系数，λ为气体导热系数，d为涡轮叶片前缘非对称凹面冷却通道的特征尺寸。

6.根据权利要求1所述的确定横流与叶片前缘冲击换热关系式的方法，其特征在于，所述步骤6中，所采用的拟合方法为非线性回归方法。