压力面气膜冷却射流复合角的数值研究

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1、第39卷第3期热力透平V0I_39No．32O1O年9月THERMALTURBINESept．2010压力面气膜冷却射流复合角的数值研究苗强，张发生，戴韧(上海理工大学能源与动力工程学院，上海200O93)摘要：基于冷气喷射模型的验证结果，对复合角分别为0。、30。和6O。三种条件下的叶片压力面前部单排孔喷射的气膜冷却特性进行了三维环形叶栅数值模拟，详细分析了在不同吹风比条件下的叶片气膜冷却效率特征。分析结果表明：Coolinh／Bleed冷气喷射模型得出的预测结果可靠。复合角使射流孔附近孔间区域冷却效率值升高。低吹风比下，复合角不能改善

2、展向气膜冷却效率分布的均匀性；高吹风比下，复合角使展向气膜冷却效率更加均匀分布，且可减弱冷却射流脱离壁面的程度。但是，复合角不一定能增强冷却孔下游的整体气膜冷却效果。关键词：气膜冷却；复合角；吹风比；冷却效率中图分类号：V231．1文献标志码：A文章编号：1672—5549(2010)03—0190～05NumericalResearchonPressureSideFilmCoolingatDifferentCompoundAnglesMIAOQiang，ZHANGFa—sheng，DAIRen(SchoolofEnergy&PowerE

3、ngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Basedonthevalidationofbleedingmodelforfilmcooling，thispaperhassimulatedthefilmcoolingcharacteristicsofthree-dimensionalannularcascadewithonerowofcoolantholeonthepressureside，inwhichthecom

4、poundanglewaschosenfor0deg，30degand60deg．Thefilmcoolingeffectivenesshasbeenanalyzedwithdifferentblowrates．Theresultsshowthatcompoundanglesimprovefilmcoolingeffectivenessbetweenholesandmakethespanwisefilmcoolingeffectivenessmoreuniformatlargerblowrates．Wecangetbetterresult

5、swiththemodelofCoo1ing／Bleed．Thecoolingflowwhichisseparatedfromthewallbecomesweakerwiththeexistenceofcompoundangleatlargerblowrates．However，thecompoundanglescouldn’tenhancethecoolingefficiencyatthedownstreamlocationofcoolingholes．Keywords：filmcooling；compoundangle；blowrat

6、e；coolingeffectiveness离散孔气膜冷却是燃气轮机高温部件采用的量通量比时，复合斜孔射流可明显提高气膜冷却一项重要冷却技术。影响气膜冷却效率的因素有有效度。Ekkad等[4指出侧向的孔间区域上的气吹风比、射流与主流温度比、冷气的喷射几何角膜冷却有效度较高是复合斜孔射流的优点。度、表面曲率以及喷孔的几何结构等。ZhihongGao等认为复合角成型孑L的冷却效果冷气的喷射几何角度是影响气膜冷却的因素要好于复合角圆柱型孔。刘捷等实验结果表之一l】]。喷射几何角度包括倾斜角和复合角，倾明，不同复合角的冷却性能均优于相同条件下的斜

7、角a表示射流孔轴线与冷却表面的夹角，复合0。复合角。角CA表示射流孔轴线在冷却表面的投影与主流许多研究人员对复合角的研究局限于平板，来流方向的夹角。很少对实际的扭曲叶片进行过研究。本文基于Ligrani等认为单一角度射流的侧向气膜Fine／Turbov8．5-1软件，用Cruse[7的实验结冷却有效度平均值要低于复合角角度射流。果验证数值模拟的可靠性，进而对某实际透平叶Schmidt等研究结果表明，低动量通量比时，孔片进行三维环形叶栅压力面气膜冷却数值模拟，的几何结构对气膜有效度的影响不大。但在高动在吹风比为0．5、1．0和1．5的条件下

8、，研究复合收稿日期：2009—12—02修订日期：2010—12—29作者简介：苗强(1985一)，男，上海理工大学硕士研究生，主要从事叶轮机械气动力学方面的研究。—圆lllM压力面气膜冷却射