带折弯内冷通道的涡轮叶片温度分布数值研究

涡轮叶片波纹型内冷通道流动换热机理研究吴忱韩文献研究方法涡轮叶片波纹型内冷通道流动换热机理研究是当前航空、航天等领域热力学研究的热点问题。

吴忱韩等研究人员通过文献研究，对涡轮叶片波纹型内冷通道的流动换热机理进行了深入探讨，旨在为实际工程应用提供理论依据。

一、研究背景及意义随着航空、航天等领域的飞速发展，涡轮叶片的工作环境越来越严苛。

在这种背景下，研究涡轮叶片波纹型内冷通道流动换热机理具有重要的理论和实际意义。

波纹型内冷通道通过特殊波纹结构设计，可以提高通道内部的换热效率，降低叶片温度，从而提高涡轮叶片的工作寿命。

二、涡轮叶片波纹型内冷通道结构介绍涡轮叶片波纹型内冷通道的结构主要包括波纹形状、通道尺寸和壁面材料等。

波纹形状对内冷通道的流动换热性能有重要影响，研究发现，合理的波纹形状可以显著提高换热效率。

此外，通道尺寸和壁面材料的选择也会影响到内冷通道的流动换热性能。

三、流动换热机理研究方法本研究采用实验方法，通过对涡轮叶片波纹型内冷通道进行数值模拟和实验测试，探讨了流动换热机理。

首先，利用数值模拟方法，研究了波纹型内冷通道内部的流场和温度场分布，揭示了流动换热的规律。

然后，通过实验测试，验证了数值模拟结果的准确性，并进一步分析了波纹型内冷通道流动换热性能与波纹形状、通道尺寸和壁面材料等因素之间的关系。

四、实验结果及分析实验结果表明，波纹型内冷通道的换热性能显著优于传统光滑通道。

同时，研究发现波纹形状、通道尺寸和壁面材料等因素对内冷通道流动换热性能的影响具有一定的规律。

通过对比分析实验数据，为优化涡轮叶片波纹型内冷通道设计提供了理论依据。

五、结论与展望本研究对涡轮叶片波纹型内冷通道流动换热机理进行了深入研究，揭示了波纹形状、通道尺寸和壁面材料等因素对内冷通道流动换热性能的影响规律。

研究结果为实际工程应用提供了有益的参考，对提高涡轮叶片的工作寿命和降低发动机重量具有重要意义。

然而，本研究仍存在一定的局限性，如波纹型内冷通道的适用范围、波纹形状的优化等方面还有待进一步探讨。

122研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2017.01 (上)当前人们经常采用“升温提效”的方式，即通过升高涡轮前燃气温度，使得涡轮效率能够得到大幅提升并具有较高的推重比。

但由于叶栅材料自身的耐热性能较为有限，因此，需要设计燃气涡轮导叶冷却结构实现对叶片的有效温控，以此确保其能够长时间地实现安全稳定运行。

而随着我国科学技术水平的持续提升，数值模拟的方式得到了广泛普及使用。

因此，本文着重围绕燃气涡轮导叶冷却结构设计及数值模拟，力求能够实现涡轮叶片冷却效果的最优化。

1 燃气涡轮导叶冷却结构设计思路在进行燃气涡轮导叶冷却结构设计的过程中，需要准确获取原始涡轮导叶叶型和子午型线的参数，以及进出口的燃气参数等初始参数，在此基础上确定基本的燃气涡轮导叶冷却结构。

通过利用单元设计法，结合具体的设计要求对部分参数进行合理调控，在完成冷气气路管网以及三维温度场的计算之后，立足实际情况对其进行相应调整，而后通过采用气热耦合数值模拟的方式实现在短时间内完成冷却结构的设计与生成目标。

2 计算说明为更好地分析研究燃气涡轮导叶冷却结构的优化设计，本文将选择某燃气涡轮机，该涡轮机进口采用的是第一级导向叶片共计46片。

而考虑到叶片长期需要面临高温燃烧的工作环境，因此在与相关设计标准要求进行结合之后，其叶片壁面许可无量纲温度需要严格控制在0.887以内，冷气流量则不应超过127g/s。

为此，通过采用管网计算和三维导热计算的方式，能够准确获取温度在叶片表面的具体分布情况和网格布点数等众多计算结果，为燃气涡轮导叶冷却结构设计提供帮助。

其中，在管网计算中通过利用连续性方程式0=∑ji j q 、节电能量方程)0,min(/)0,min(,,1i j ji j p i j i j ji j p q c T q c T ∑∑=等计算方程，并将相关参数数值依次代入其中，从而可以得到叶片表面上具体的温度分布情况。

温度比对叶片内冷通道对流传热影响的数值研究刘高文;夏全忠;彭力【摘要】To improve the prediction of flow and heat transfer in turbine blade internal cooling channel, the difference between four sets ofdata/formula for the calculation of air properties in case of large temperature increasing was discussed firstly. By comparing with the wide-used heat transfer empirical correlations, the influences of characteristic fluid temperature definitions and turbulence models on heat transfer coefficient were studied. Then research was focused on the influence of large temperature difference on the flow and heat transfer in a smooth circular internal cooling channel. Data of Nusselt number and correlations of temperature-modify-coefficient varying with temperature ratio and Reynolds number were gotten at ratio of fluid temperature to wall temperature rang from 0. 5 to 0. 9, and Reynolds number rang from 20000 to 60000. Results show that when the heat transfer coefficient is defined with the sectional-mass-averaged fluid temperature and Realizab le κ-ε turbulence model is used; the numerical results of local and averaged Nusselt number consistent with the results of Cnielinski correlations quite well. Remarkable influence of large temperature difference on heat transfer coefficient is observed with maximum Nusselt number decrease of 30%. Numerical results show that temperature-modify-coefficient decreases with the decrease of temperature ratio, and decreases with the increase of Reynolds number.%为了提高涡轮叶片内冷通道流动传热计算精度,首先讨论了大温差下空气物性不同计算方法间的差异,并通过与管内常用传热经验关系式结果的对比,研究了不同定性温度取值方法和湍流模型对数值模拟结果的影响.在此基础上侧重研究了大温差对光滑圆形内冷通道内的流动传热的影响,温度比变化范围0.5 ～0.9,通道Re数范围20 000～60 000,得到了传热Nu数和温度修正因子随温度比与Re数的变化数据和拟合关系式.结果表明采用截面平均流体温度定义传热系数和采用Realizable k-ε湍流模型可使局部和平均传热系数与Gnielinski公式结果符合良好.大温差对通道传热的影响显著,Nu数最大降幅可达30％.计算显示温度修正因子随温度比的减小而减小,随Re数的增大而减小.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)010【总页数】8页(P2368-2374,2390)【关键词】涡轮叶片;内冷通道;大温差;传热系数;温度比;数值模拟【作者】刘高文;夏全忠;彭力【作者单位】西北工业大学动力与能源学院,西安710072;西北工业大学动力与能源学院,西安710072;西北工业大学动力与能源学院,西安710072【正文语种】中文【中图分类】V231.13涡轮叶片温度对航空发动机的可靠性和寿命至关重要。

双工质冷却涡轮叶片温度场计算与强度分析的开题报告一、研究背景现代先进飞机的发动机需要具备高效、低噪音、低排放等多项特性，其中温度控制是保证发动机运行稳定的重要因素之一。

为了提高发动机的热效率，工程师们研发出了双工质涡轮增压系统，用于提高发动机性能。

双工质涡轮增压系统的核心组件是双工质涡轮叶片，它的质量、强度以及温度场分布对发动机的性能和寿命有着至关重要的影响。

因此，研究双工质涡轮叶片的温度场分布和强度分析，对于提高双工质涡轮增压系统的性能，保证发动机运行的可靠性和安全性，具有重要的研究意义。

二、研究内容本课题的主要研究内容包括以下几点：1. 双工质涡轮叶片的几何参数及工作条件的确定，包括进口流速、进口工质温度、出口静压、出口工质温度等；2. 基于流体力学模拟，建立双工质涡轮叶片的温度场计算模型，分析叶片表面和内部的温度场分布；3. 利用有限元方法，建立双工质涡轮叶片的强度分析模型，分析叶片的应变、应力和变形等情况，确定叶片的安全系数；4. 对计算结果进行分析和评价，提出优化措施。

该研究内容旨在探究双工质涡轮叶片在复杂热力环境下的温度分布和强度情况，以提高双工质涡轮增压系统的性能和安全性。

三、研究方法1. 确定双工质涡轮叶片的几何参数和工作条件；2. 使用CFD软件建立双工质涡轮叶片的温度场计算模型，模拟热传导、对流和辐射热损失等过程；3. 利用ANSYS等有限元软件，建立双工质涡轮叶片的强度分析模型，模拟叶片的应变、应力和变形等情况；4. 对计算结果进行分析和评价，提出优化措施。

四、研究意义该研究针对双工质涡轮叶片的温度场计算、强度分析进行研究，可以为工程技术人员提供参考，指导涡轮增压系统的设计和研发，并在实际应用中发挥积极作用。

通过模拟双工质涡轮叶片的温度场分布和强度分析，可以评估叶片的安全系数，确定涡轮增压系统的使用寿命和维护周期，并为叶片材料和结构的优化提出建议和改进意见。

带折弯内冷通道的涡轮叶片温度分布数值研究摘要：根据某型涡轮叶片尺寸结构及进口条件，运用剪应力输运方程（SST）湍流模型，数值模拟了静止状态下具有折弯光滑和肋化内冷通道的涡轮叶栅通道内的换热特性，以及不同转速下带肋内冷通道涡轮叶片冷却特性。

结果表明，高温区分布在叶片前缘及叶片尾缘中部，具有折弯带肋内冷通道的涡轮叶片换热明显较好，两种内冷通道下温度差值在涡轮叶片前缘处最大，在叶片尾缘处两者相差较小。

在旋转状态下，随着转速的提高，叶片外表面的温度基本呈升高的趋势。

关键词：涡轮叶片；涡轮叶栅；S形内冷通道；数值模拟；旋转从20世纪50年代以来，航空燃气涡轮发动机大都采用气冷叶片。

在高性能燃气涡轮热端部件的强化冷却技术研究中，一个值得关注的问题是冷却需求和冷却气量之间的矛盾日益突出：一方面，在一些先进的燃气涡轮发动机中，用于冷却涡轮的空气量已高达15%至20%，大量空气用于冷却势必导致动力装置性能的损失；另一方面，在提高空气压缩比的同时，不可避免地会提高冷却空气的温度，降低其吸热能力，使得冷却的难度增大。

因此研究新的高效冷却方式，减少冷却的用气量、提高冷却的综合效果，已成为发展高性能航空发动机和燃气涡轮的支撑技术之一[1]。

从国外先进涡轮叶片冷却技术的发展趋势分析，现代航空发动机高温涡轮气冷叶片普遍采用复合倾斜叶片，基本上已形成了由内部冷却和外部冷却以及热障涂层防护组成的叶片冷却方案[2]。

内部冷却结构通常是对流、射流冲击、多程弯折带肋通道、扰流柱复合冷却结构，外部冷却采用较多的是气膜冷却和热障涂层。

就涡轮叶片内冷通道而言，国内外众多研究人员对带肋通道的流动和传热特性进行了大量研究工作，较为系统地研究了肋的几何结构、S弯通道结构以及流动参数对流动阻力和壁面对流换热系数的影响[3-9]。

对于气冷涡轮叶片，由于叶片的结构特点和冷却需求不同，内部冷却通道的设计呈现出多样性[10]。

本文针对某型涡轮叶片，对具有S形光滑和肋化两种内冷通道结构的涡轮叶片流动换热特性进行数值模拟，重点比较两种结构的换热特性，以及不同转速下的涡轮叶片表面温度分布，为叶片内冷通道结构设计提供依据。

涡轮叶片气热耦合壁温及压力分布计算与分析
李卓轩;沙云东;骆丽
【期刊名称】《沈阳航空航天大学学报》
【年(卷),期】2024(41)1
【摘要】针对气冷涡轮叶片建立了耦合分析数值模拟计算平台,采用气热耦合的方法,对径向气冷MARKⅡ型叶片进行三维气热耦合数值模拟。

分析了该内冷涡轮叶片的多场耦合特性,并将计算结果与试验值进行对比。

对比结果表明:湍流模型的选择影响叶片表面的温度分布,但对叶片表面压力分布影响较小;在选择的6种湍流模型中,SSTk-ω湍流模型对该流场状态模拟的效果较好,叶片表面温度和压力与试验结果最接近,满足工程上的计算要求。

考虑涡轮进口总温径向不均匀时,会在叶片尾缘形成局部高温区,增加了叶身的温度梯度,可适当改进冷却方式,以提高叶片强度。

【总页数】8页(P1-8)
【作者】李卓轩;沙云东;骆丽
【作者单位】沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】V231
【相关文献】
1.气膜冷却对涡轮叶片表面压力分布影响的试验研究
2.涡轮径向内冷叶片气热耦合的数值分析
3.涡轮叶片压力面缝型气膜冷却结构的数值研究
4.高压燃气涡轮径向内冷叶片气热耦合的数值分析
5.涡轮叶片典型交叉肋结构的气热分析
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涡轮工作叶片内冷通道换热特性数值模拟
李广超;朱惠人;郭涛
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2006(000)009
【摘要】采用非结构化网格和SST紊流模型,求解三维N-S方程,对带90°肋和气膜孔的矩形通道在入口雷诺数60000,罗斯贝数0.11,气膜孔总出流比为0.22时的三维流场进行了数值模拟.分析了通道旋转和静止时各个面的换热变化规律.结果表明,通道静止时,不但布置了粗糙肋的上、下壁面换热得到了增强,光滑的侧壁换热同样获得了增强;通道旋转时流场更加复杂,旋转所产生的二次流动使各个壁面的换热进一步增强.
【总页数】3页(P80-82)
【作者】李广超;朱惠人;郭涛
【作者单位】西北工业大学,动力与能源学院,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,西安,710072;西北工业大学,动力与能源学院,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】V231.3
【相关文献】
1.涡轮叶片内"冲击-气膜出流"局部换热特性数值模拟 [J], 徐磊;常海萍;毛军逵
2.燃气透平叶片树状分形内冷微通道的换热特性实验研究 [J], 税琳棋;黄博;董坤坤;史晓军;李法敬
3.旋转对涡轮工作叶片内冷通道换热影响的研究 [J], 金文
4.泡状隔板对涡轮叶片内冷通道换热和流阻的影响 [J], 贺宜红;陈燕;陈文彬;杨卫华
5.低压涡轮叶片内冷通道不同强化换热方案的换热特性 [J], 张利民;闻洁;丁水汀;陶智;徐国强
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