气膜抽吸作用下透平叶片冲击冷却的一维管网计算方法研究

摘要

为了研究透平叶片冲击冷却结构的一维管网计算方法，利用Python自主编制了一维管网程序。分别选取平板冲击冷却、有无靶面气膜抽吸的前缘冲击冷却模型为研究对象，通过分析冲击冷却的内部流动换热特性，提出了局部阻力修正方法，并考虑了气膜抽吸的作用，提出了靶面气膜抽吸的前缘冲击冷却的换热修正方法。将管网计算结果分别与实验数据以及经湍流模型验证和网格无关性考核后的三维计算流体动力学(CFD)计算结果进行对比，对所编制的一维管网程序进行了验证。结果表明：所编制的一维管网程序在计算平板冲击冷却时计算精度较高，计算结果与实验数据吻合较好，相对误差不超过12.4%。对于前缘冲击冷却，经局部阻力修正后的一维管网程序流动计算结果误差较小，与三维CFD计算结果基本一致。由于气膜抽吸的作用，靶面气膜抽吸的前缘冲击冷却的计算精度有待进一步改进。综合考虑了气膜孔结构参数以及气膜孔出流比的影响后，提出了换热修正因子，并设计了管网模型的修正方案，经修正后靶面气膜抽吸的前缘冲击冷却的管网计算精度显著提高，相对误差基本在10%左右。

关键词

冲击冷却 / 管网计算 / 气膜抽吸 / 修正方法

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52076168)