气膜孔堵塞对凹槽叶顶冷却传热性能的影响

西安交通大学学报 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (6) : 139 -152.

气膜孔堵塞对凹槽叶顶冷却传热性能的影响

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摘要

采用数值方法，研究了燃气透平叶片气膜孔堵塞条件下凹槽叶顶的冷却传热性能，获得了3种吹风比M=0.5, 1.0, 1.5和不同堵塞比B=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8条件下的凹槽叶顶的气膜冷却效率和传热系数分布。研究表明：气膜孔堵塞会导致凹槽叶顶气膜冷却性能下降、热负荷升高，堵塞比越大，凹槽叶顶的冷却传热性能越差。气膜孔堵塞显著改变了叶顶区域的流场结构，加剧冷气的抬升效应，导致冷气过早离开凹槽。吹风比是影响堵塞工况下凹槽叶顶冷却传热性能的重要因素，吹风比为1.0、堵塞比为0.8时，凹槽叶顶的面积平均气膜冷却效率相比于未堵塞时下降了64.88%、传热系数上升了13.01%。减小吹风比可以改善小堵塞比工况下的叶顶气膜冷却性能，吹风比为0.5、堵塞比为0.4时，叶顶平均气膜冷却效率仅下降了6.82%,但小吹风比会导致大堵塞比工况下的气膜冷却性能恶化严重，吹风比为0.5、堵塞比为0.8时，平均气膜冷却效率下降了82.09%。增大吹风比，可改善大堵塞比工况下的叶顶气膜冷却性能，吹风比为1.5、堵塞比为0.8条件下叶顶平均气膜冷却效率下降了51.34%、传热系数上升了11.52%。