采用响应面法的透平冷却通道连接桥宽度和角度结构优化

刘起隆; 谢永慧; 张荻; 孔祥林; 苏鹏飞; 方宇

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (11) : 133 -143.

刘起隆, 谢永慧, 张荻, 孔祥林, 苏鹏飞, 方宇

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摘要

为满足新一代燃气轮机冷却通道对高效传热和低流动阻力的要求，提出了一种在U型通道内构建3个不同尺寸的桥结构的方案，旨在缓解转弯区域的过大压降并且竖直区域传热均匀性较差的问题。首先构建了含有可变尺寸和角度连接桥的U型通道，由ANSYS Meshing生成非结构网格并采用CFX软件进行计算，通过中心复合设计法生成初始样本数据。然后将响应面法与多目标遗传算法相结合，用于复杂工程优化问题的求解，并分析了桥尺寸及角度变化对流动和传热性能的影响。最后通过对多个候选方案的综合评估，给出了优化设计的推荐方案。分析结果表明，由于优化后的通道流场分布更加均匀，且连接桥的存在削弱了旋转状态下科氏力带来的旋转前缘面和后缘面传热不均匀的现象，尽管传热强度略有削弱，但通道的流动阻力在静止与旋转状态下分别降低了62.09%和56.26%。这种结构能够减少局部温度升高和减抗降阻，提高冷却效率，从而提升高压透平的安全性和可靠性。该研究为透平叶片高效低阻中弦冷却技术的发展提供了宝贵的数据参考。