带球窝结构的尾缘开缝壁面气膜冷却特性研究

何坤; 王茜; 晏鑫

西安交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (12) : 22 -33.

何坤, 王茜, 晏鑫

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摘要

为提升燃气透平叶片尾缘开缝区域的气膜冷却性能，将多排球窝结构应用于尾缘冷却通道下游开缝壁面，以增加近壁面区域的冷气覆盖。采用非定常延迟-分离涡模拟方法，研究了有、无球窝结构下尾缘开缝壁面的气膜冷却性能，获得了4种吹风比、3种球窝高径比以及2种球窝结构(球形球窝和泪滴形球窝)条件下尾缘开缝壁面的气膜冷却性能和流量系数，并利用已有实验数据考核了数值方法的有效性，阐明了球窝结构减小冷热气流掺混、改善尾缘开缝区域气膜冷却性能的作用机制。结果表明：球窝结构有利于冷气向壁面附近聚集，使得冷气不易被主流卷起，减小了冷热气流掺混，有效增加了开缝壁面沿流向的气膜覆盖面积；相对于光滑尾缘开缝模型(无球窝结构),带球形球窝结构的尾缘开缝模型流量系数增大了4.8%～6%,平均气膜冷却效率提高了4.6%～19%;吹风比越大，球窝结构对冷气的吸附作用越显著，带球窝结构的尾缘开缝壁面平均气膜冷却效率越高；球窝高径比越大，尾缘开缝壁面的气膜冷却效率越高且分布越均匀。泪滴形球窝可有效解决球形球窝内壁前缘冷却不足问题，相对于带球形球窝结构的尾缘开缝，带泪滴形球窝结构的尾缘开缝壁面的冷却效率提高了8.2%,流量系数提高了1.1%。