湿空气含湿量对燃气轮机透平叶片复合冷却性能影响的实验与数值研究

摘要

为了探究以湿空气作为冷却介质时透平叶片冷却的复合冷却性能，结合实验和数值方法探究了湿空气含湿量对透平叶片湿空气冷却性能的影响。以GE-E³叶型为基础，建立了带有冲击冷却、U型带肋通道冷却、柱肋冷却、尾缘劈缝以及气膜冷却结构的复合冷却透平叶片。测量了不同冷气与主流质量流量比条件下，采用不同湿空气含湿量的湿空气作为冷却工质时50%叶高处叶片表面温度分布。实验结果表明，在不同的主流温度下，增加湿空气含湿量均能降低叶片表面温度。在主流进口温度分别为473、873 K条件下，采用含湿量分别为163.0、173.8 g/kg的湿空气作为冷却工质时，相较于17 g/kg的湿空气冷却工况，叶片表面冷却效率分别提高了9%～11%和7%～9%,叶片表面温度分别降低了4.1～5.2 K和19.0～21.3 K。数值研究结果表明：带γ-θ转捩模型的SST k-ω模型能够更为准确地预测湿空气冷却时的叶片表面的温度分布；湿空气含湿量的增加能够整体提高叶片表面冷却效率，叶片表面冷却效率的变化在气膜覆盖区域更为显著。

关键词

透平叶片 / 湿空气冷却 / 含湿量 / 复合冷却

基金资助

国家科技重大专项资助项目（2017-Ⅰ-0009-0010）