燃气透平双肩壁凹槽叶顶流动传热性能优化研究

李浩玉; 何坤; 晏鑫

西安交通大学学报 ›› 2026, Vol. 60 ›› Issue (6) : 154 -165.

李浩玉, 何坤, 晏鑫

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摘要

为提升航空发动机透平级第一级动叶双肩壁凹槽叶顶的传热性能，对其叶顶结构进行了优化设计。采用Kriging近似模型和多目标遗传算法，以面平均传热系数与透平级等熵效率为优化目标，获得了一种具有优良气热性能的透平级双肩壁凹槽叶顶。通过定常与非定常数值模拟，对比分析了优化后的双肩壁凹槽叶顶、传统凹槽叶顶及2种典型双肩壁凹槽叶顶的气热特性。研究结果表明：优化后双肩壁凹槽叶顶的内肩壁高度低于外肩壁，且内肩壁吸力侧高度高于压力侧。定常计算结果表明：优化后的凹槽叶顶在保持透平级等熵效率不变的同时，可显著改善传热性能。与传统凹槽叶顶相比，凹槽底部、肩壁区域、叶顶整体的传热系数分别降低了30.36%、2.96%、9.52%。内肩壁结构可有效抑制腔室涡系尺寸，从而减弱高温泄漏流对凹槽底面的冲击。非定常计算表明：优化后的双肩壁凹槽叶顶有效降低了凹槽内部温度和压力波动幅值，同时优化后的内肩壁结构可抑制腔室涡的发展，从而使得其时均面平均传热系数降低了5.65%。该研究可为实际透平级第一级动叶的设计提供理论依据。