留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

轴向收敛造型对燃气涡轮叶栅端壁气膜冷却性能的影响

白波 李志刚 李军

白波, 李志刚, 李军. 轴向收敛造型对燃气涡轮叶栅端壁气膜冷却性能的影响[J]. 航空动力学报, 2022, 37(5): 1042-1053. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210183
引用本文: 白波, 李志刚, 李军. 轴向收敛造型对燃气涡轮叶栅端壁气膜冷却性能的影响[J]. 航空动力学报, 2022, 37(5): 1042-1053. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210183
BAI Bo, LI Zhigang, LI Jun. Influence of axially-convergent contouring on cascade endwall film cooling characteristics in gas turbine[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(5): 1042-1053. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210183
Citation: BAI Bo, LI Zhigang, LI Jun. Influence of axially-convergent contouring on cascade endwall film cooling characteristics in gas turbine[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(5): 1042-1053. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210183

轴向收敛造型对燃气涡轮叶栅端壁气膜冷却性能的影响

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210183
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(51776151)
详细信息
    作者简介:

    白波(1995-),男,博士生,主要研究方向为燃气轮机热端部件传热及气膜冷却。

    通讯作者:

    李志刚(1986-),男,教授、博士生导师,博士,主要研究方向为涡轮机械先进密封技术与燃气涡轮热端部件高效冷却布局。E-mail:zhigangli@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: V232.4;TK474.4

Influence of axially-convergent contouring on cascade endwall film cooling characteristics in gas turbine

  • 摘要: 为有效评估轴向收敛造型对端壁气膜冷却性能的影响,数值研究了不同吹风比下,轴向收敛造型对跨声速燃气涡轮叶栅端壁上游双排离散孔绝热气膜冷却效率的影响。模拟某工业燃气涡轮真实运行工况(进口湍流度为16%、出口马赫数为0.85、出口雷诺数为1.5×106),采用基于“两类热边界条件”模型的壁面传热系数和绝热冷却效率数值预测方法,比较分析了3种吹风比(1.0、2.5、3.5)下,简化平板端壁结构和轴向收敛造型端壁结构的端壁热负荷分布、绝热气膜冷却效率分布和近端壁二次流场结构,以及端壁上游气膜孔射流对叶片表面的二次冷却作用(幻影冷却)。结果表明:轴向收敛造型可以削弱马蹄涡强度,降低端壁热负荷,尤其是叶片肩部区域;轴向收敛造型可以显著增加端壁气膜覆盖范围和绝热气膜冷却效率,尤其在叶片前缘和压力面等难以冷却区域;随吹风比增加,轴向收敛造型对端壁气膜冷却特性的影响效果先增加后减小,在设计吹风比为2.5时,轴向收敛造型对端壁绝热气膜冷却效率的增强效果最显著(增加约35%);轴向收敛造型显著增加叶片前缘和压力面幻影冷却面积,尤其是叶片前缘附近面积增加约100%(设计吹风比下,冷却区域达0.1倍叶高),可有效减小叶片冷却的冷气需求流量。轴对称收敛端壁造型是进一步提高燃气涡轮叶栅端壁绝热气膜冷却效率、减小冷气流量,实现端壁高效冷却布局的有效技术途径。

     

  • [1] TOM I P,YANG S V.Turbine aerodynamics,heat transfer,materials,and mechanics [M].Reston,VA,US:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA),2014.
    [2] 李雪英,任静,蒋洪德.燃烧室温度剖面对静叶端壁冷却的影响[J].工程热物理学报,2015,36(4):752-755.
    [3] 张魏,金文.燃气轮机冷却技术综述[J].燃气轮机技术,2008,21(1):24-27.
    [4] 李志刚,白波,刘璐萱,等.进口不重合和轴对称造型对跨声速涡轮叶栅端壁传热特性的影响[J].航空动力学报,2019,34(12):2695-2705.
    [5] BURD S W,SIMON T W.Flow measurements in a nozzle guide vane passage with a low aspect ratio and endwall contouring[J].Journal of Turbomachinery,2000,122(4):659-666.
    [6] SHIH T I P,LIN Y L.Controlling secondary-flow structure by leading-edge airfoil fillet and inlet swirl to reduce aerodynamic loss and surface heat transfer[J].Journal of Turbomachinery,2003,125(1):48-56.
    [7] HARTHAND J C,GREGORY-SMITH D G,HARVEY N W,et al.Non-axisymmetric turbine end wall design:Part Ⅱ experimental validation[J].Journal of Turbomachinery,2000,122(2):286-293.
    [8] 李国君,马晓永,李军.非轴对称端壁成型及其对叶栅损失影响的数值研究[J].西安交通大学学报,2005,39(11):9-12.
    [9] 孙皓,宋立明,李军.透平叶栅非轴对称端壁优化设计[J].西安交通大学学报,2013,47(9):35-40.
    [10] 斯夏依,羌晓青,滕金芳,等.非轴对称端壁改善涡轮叶栅流场研究[J].工程热物理学报,2017,38(5):970-977.
    [11] 唐慧敏,刘帅强,罗华玲.涡轮平面叶栅非轴对称端壁优化设计[J].航空动力学报,2015,30(3):707-713.
    [12] LYNCH S P,SUNDARAM N,K.A THOLE,et al.Heat transfer for a turbine blade with non-axisymmetric endwall contouring[J].Journal of Turbomachinery,2011,133(1):011019.1-011019.9.
    [13] YANG C S.LIN C L,GAU C.Film cooling performance and heat transfer over an inclined film-cooled surface[J].Journal of Thermophysics and Heat Transfer,2008,22(3):485-492.
    [14] THRIFT A A,THOLE K A,HADA S.Effects of an axisymmetric contoured endwall on a nozzle guide vane:adiabatic effectiveness measurements[J].Journal of Turbomachinery,2011,133(4):041007.1-041007.10.
    [15] 陶志,武晓龙,祝培源,等.非轴对称端壁造型对叶片端壁气热性能影响的研究[J].推进技术,2019,40(8):1734-1742.
    [16] MAHMOOD G I,GUSTAFSON R,ACHARYA S.Flow dynamics and film cooling effectiveness on a non-axisymmetric contour endwall in a two-dimensional cascade passage[R].Orlando,Florida,US:Turbo Expo:Power for Land,Sea,and Air,2009.
    [17] OKITA Y,NAKAMATA C.Computational predictions of endwall film cooling for a turbine nozzle vane with an asymmetric contoured passage[R].Berlin,Germany:Turbo Expo:Power for Land,Sea,and Air,2008.
    [18] LUEHR L,SIBOLD R,MAO S,et al.The effect of step misalignment on purge flow cooling of nozzle guide vane at transonic conditions[J].Journal of Turbomachinery,2020,142(10):101004.1-101004.10.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  75
  • HTML浏览量:  1
  • PDF量:  55
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-21
  • 刊出日期:  2022-05-28

目录

    /

    返回文章
    返回