燃气透平榫头/榫槽装配间隙流动与换热特性研究

摘要

为精确设计燃气轮机二次空气系统，针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象，试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性，并数值分析了其详细流动结构。首先，采用压力扫描阀和热色液晶测温技术测量了榫头/榫槽内的流阻和努塞尔数分布。然后，利用试验结果对所采用的数值计算方法进行了考核，并进行了网格无关性验证。最后，详细分析了5种雷诺数、5种结构参数榫头/榫槽高度及5种间隙宽度下榫头/榫槽装配间隙结构内部流动与换热特性。结果表明：在试验测量范围内，左侧壁面的平均努塞尔数始终比右侧高10%左右；随着雷诺数的增大，榫头/榫槽装配间隙的阻力损失系数和换热强度均逐渐增大，当雷诺数从15 000增大到35 000时，平均阻力系数增大了2倍，两侧面整体平均努塞尔数均增大了1.1倍；随着榫头/榫槽装配间隙相对高度的增大，阻力损失系数及壁面努塞尔数均逐渐减小；随着榫头/榫槽装配间隙宽度的增大，试验范围内平均阻力系数增大了30.7%,左右两侧面平均努塞尔数分别增大了95.5%和94.9%。

关键词

榫头/榫槽装配间隙 / 流动特性 / 换热特性

基金资助

国家科技重大专项资助项目(J2019-Ⅲ-0007-0050)