等离子体激励下的凹槽叶顶气膜冷却性能

摘要

通过将等离子体激励力耦合至雷诺时均NS方程组的动量方程中，数值研究了等离子体控制下的燃气透平凹槽叶顶的气膜冷却性能，分析等离子体激励强度、激励频率对凹槽叶顶气膜冷却效率和总压损失的影响，提出了一种改善凹槽底部冷却气膜覆盖的非均匀等离子体控制策略，阐明了等离子体激励对叶顶间隙内冷热气流的作用机制。研究结果表明：凹槽下游等离子体激励可有效抑制上游冷气对下游冷气的卷吸，且抑制作用随着激励强度、激励频率的增加而增强。激励强度较小时，上游冷气未对下游冷气造成卷吸，尾缘处气膜冷却性能较好；随着激励强度增大，尾缘冷气被上游冷气吹离凹槽底部，但中部气膜冷却性能较好。激励强度D_s为204时，凹槽底部平均气膜冷却效率相比无激励时提升了25.11%。激励频率与激励强度对叶顶气膜冷却性能的影响规律类似。当激励强度D_s为156,激励频率D_θ为6.25和D_θ为8.75时，凹槽底部平均气膜冷却效率相比于无激励时分别提升了28.71%和29.27%。施加非均匀等离子体控制时，凹槽底部平均气膜冷却效率比无激励时提升了39.12%。施加等离子体激励后，叶栅总压损失几乎不变。

关键词

燃气透平 / 凹槽叶顶 / 等离子体激励 / 气膜冷却

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52076165)