带挡板结构的平面叶栅凹槽叶顶气膜冷却特性

刘昱栋; 刘钊; 陶永; 石龑; 丰镇平

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (5) : 130 -142.

刘昱栋, 刘钊, 陶永, 石龑, 丰镇平

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摘要

为提高燃气透平动叶凹槽叶顶的气膜冷却有效度并且降低叶栅气动损失，基于平面叶栅试验台，采用压敏漆(PSP)测量技术结合数值模拟，对带挡板结构的凹槽叶顶冷却性能及叶栅气动特性进行了试验研究。分析了不同吹风比(分别为0.4、1.2、2.0)和不同挡板结构参数(挡板宽度、挡板角度和挡板高度)对叶顶气膜冷却的影响；湍流模型验证后，采用精度最高的SST k-ω湍流模型对叶顶气动特性进行了仿真分析。结果表明：在凹槽叶顶吸力面侧布置挡板能显著增大叶顶的气膜冷却有效度，并且随着吹风比的增大冷却有效度也有所提升。增大挡板的宽度会使得挡板下气膜孔两侧出现漩涡，该漩涡效应能够有效提升叶顶的冷却有效度；挡板角度会影响冷气冲击挡板下底面后的流向，当挡板角度为锐角时，挡板底部压力面侧会形成漩涡，使得冷气流向凹槽底部，从而提高叶顶的冷却有效度，而当挡板角度增大到钝角后，挡板上顶面与吸力面的夹角会出现漩涡，挡板对冷气的阻挡作用减弱，冷却有效度下降；挡板的高度对叶顶冷却性能无显著影响。此外，挡板结构能略微降低总压损失，减小气动损失，最大下降幅度为10.20%。该研究可为燃气透平改进叶顶结构、提高气膜冷却和气动性能提供一定的参考。