离散气膜孔与间隙冷气掺混作用下燃气透平叶栅端壁气动特性研究

摘要

针对燃气透平端壁多源冷却结构射流相互作用及与端区二次流复杂掺混机理尚不明晰的问题，采用叶栅吹风实验与数值模拟方法研究了3种叶栅出口马赫数(0.2、0.3和0.4)和3种冷气吹风比(1.5、2.0和2.5)条件下离散气膜孔与间隙射流的掺混特性及其对叶栅端壁气动性能的影响。研究结果表明，叶栅气动负荷增加导致间隙冷气向下游迁移及近间隙气膜孔冷气出流趋势有所增强，二次流通过卷吸间隙冷气显著影响通道涡及近端壁区域的冷气聚集及气动损失情况。低马赫数(0.2)下，冷气吹风比的升高增强了间隙上游射流和压力侧马蹄涡的脱离趋势，通道涡损失区域向压力侧及近端壁区扩大，其平均总压损失系数增加0.15%,高吹风比间隙射流会被马蹄涡卷吸并降低叶肩临近区域附着效果。高马赫数(0.3和0.4)下，马蹄涡在压力侧的影响范围更大且脱离位置提前，间隙下游低压区面积显著增加，通道涡区域平均总压损失系数随吹风比增加而增大0.1%～0.16%。靠近间隙的气膜孔冷气覆盖面积较小，设计时应增加与间隙的距离，并调节气膜孔流量避免其在间隙处的脱离。

关键词

燃气透平 / 端壁 / 多源冷却结构 / 二次流 / 气动性能

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52406053）; 国家科技重大专项资助项目（J2019-II-0010-0030）; 中国博士后科学基金资助项目（2023M742771）