气膜孔缺陷对冷却性能影响不确定性量化研究

摘要

针对高压涡轮全气膜冷却叶片因气膜孔加工几何偏差(气膜孔几何缺陷)所导致的实际冷却性能难以量化评估的问题，提出了整体参数评估、流动参数降维、流动分区量化的三重不确定性量化策略，以实现其高效精准量化。以锥型气膜孔参数化模型为气膜孔模型，三重不确定性量化策略为不确定性表征方法，混沌多项式展开为量化算法，构建了气膜孔几何缺陷下冷却性能不确定性量化框架。以近实际运行工况的第一级进口导叶端壁为研究对象，详细阐述了所提不确定性量化策略的逐层修正的量化思想以及数理依据，并通过冷却性能统计矩表明其差异性及适用性。研究结果表明：当气膜孔几何偏差影响显著时，采取多气膜孔及独立加工的设计理念以充分利用气膜孔偏差分散性，冷却性能鲁棒性可提高30%以上。对比结果表明：在冷气射流主导工况下，流动参数降维策略不确定性预测偏差在3%以下。通过统计矩演化趋势论证了在二次流主导工况下，基于涡系/二次流的流动分区量化可实现可靠的不确定性量化。该研究结果验证了所提不确定性量化策略的准确性和可靠性，可为发展高鲁棒性的涡轮叶栅冷却布局提供高效的评估工具。

关键词

气膜孔几何缺陷 / 冷却性能 / 不确定性量化 / 流动参数

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52406054,52406053)