双肩壁凹槽叶顶冷却传热性能的优化研究

摘要

为改善航空发动机透平第一级凹槽叶顶的冷却传热性能，利用自编程序搭建了凹槽叶顶的优化设计平台。采用三阶多项式响应面模型和Hooke-Jeeves模式搜索算法的组合优化策略，获得了一种具有优良气热性能的透平级双肩臂凹槽叶顶结构，并将优化结果与传统凹槽叶顶、4种典型双肩臂凹槽叶顶的传热和冷却性能进行了对比，分析了内肩臂的几何参数对凹槽叶顶流场结构和冷却传热性能的影响，评估了双肩臂凹槽叶顶冷却传热性能对设计变量的敏感性。结果表明：优化后的内肩臂分为上下两层；合理的内肩臂几何参数可有效降低泄漏流的冲击作用，有利于冷却流在内外凹槽区域形成良好的覆盖；与传统凹槽叶顶相比，优化后的双肩臂凹槽叶顶的平均传热系数下降了24.96%,平均气膜冷却效率上升了5.38%;叶顶平均传热系数对内肩臂下层的高度最为敏感，叶顶平均气膜冷却效率对内肩臂上层的起始位置更加敏感，而内肩臂上层的高度对双肩臂凹槽叶顶的冷却传热性能影响相对较小。

关键词

航空发动机 / 凹槽叶顶 / 双肩壁 / 优化 / 传热 / 冷却

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52076165)