前缘双层壁结构的涡轮静叶冷却性能和压力损失特性研究

李世涵; 张超才; 张垲垣; 李志刚; 李军

西安交通大学学报 ›› 2026, Vol. 60 ›› Issue (4) : 227 -238.

李世涵, 张超才, 张垲垣, 李志刚, 李军

作者信息 +

Author information +

文章历史 +

摘要

针对双层壁冷却结构在燃气涡轮高曲率静叶前缘区域的应用效果不佳和流动机理不明晰的问题，基于全覆盖气膜冷却的GE-E³静叶建立了前缘双层壁结构（LEDWS）静叶模型，研究双层壁结构对静叶流动及冷却压力损失特性的影响。采用Fluent流热耦合方法，在3.0%、4.0%、5.0%的前缘冷气质量流量比下对比研究了两种静叶的冷却和压损性能，并通过流线图剖析流动机理；针对LEDWS静叶，研究了上述性能在6个吹风比下的变化趋势。结果表明：试验工况（质量流量为4.0%）下，相比GE-E³静叶，LEDWS静叶的冷气压损提高了50.6%,但叶栅总压损失仅提高0.7%,前缘区域综合冷效可以达到0.81,提高了20.9%;双层壁结构的冲击特征引起冷气动量大幅下降，同时冷气流动角度变化也导致气膜孔入口更大的堵塞涡，因此冷气压损提高，进而又引起吹风比下降，导致大部分区域冷气抬升角度减小，前缘下游冷气出流易受上游冷气形成的湍流卷吸而脱离壁面，但吹风比的下降会加快上游冷气的湍流耗散从而减弱卷吸效应，最终造成气膜冷效提高，结合增强的内部换热，LEDWS静叶的综合冷效提高；LEDWS静叶前缘综合冷却随吹风比增加而递增，最终稳定在0.84左右。