高溫燃?xì)庠跍u輪動(dòng)葉葉頂產(chǎn)生的泄漏流不但降低了渦輪效率,更是加劇了葉頂?shù)臒嶝?fù)荷.本文基于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?采用流固耦合的數(shù)值計(jì)算方法,研究了渦輪凹槽葉頂?shù)拈g隙流與冷卻射流相互作用的流動(dòng)機(jī)理以及頂部噴氣冷卻對(duì)凹槽壁面換熱效果的影響,重點(diǎn)分析了吹風(fēng)比、冷卻孔傾斜角、冷卻孔進(jìn)氣角以及固體材料導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)壁面Nu數(shù)的影響.結(jié)果表明:大吹風(fēng)比(M=1.5)能有效改善凹槽近壓力面一側(cè)肋條及底部的換熱,Nu數(shù)分布更加均勻;進(jìn)氣角產(chǎn)生的"噴射效應(yīng)"改變了冷卻氣流高速區(qū)的出口相對(duì)位置,當(dāng)進(jìn)氣角大于0°時(shí),冷卻氣體能有效阻隔高溫流體使壁面Nu數(shù)降低;低導(dǎo)熱系數(shù)材料降低了氣流對(duì)固體壁面的對(duì)流換熱,使得壁面的對(duì)流換熱更加均勻.

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圖2Normal材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱曲線(xiàn)圖

圖1計(jì)算模型示意圖計(jì)算網(wǎng)格采用ANSYS中的Mesh模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分,流體域網(wǎng)格和固體域網(wǎng)格分別如圖3(a)、圖3(b)所示,流體域?qū)壮隹趨^(qū)域及壁面網(wǎng)格進(jìn)行加密,保證第一層網(wǎng)格的y+<1,從而滿(mǎn)足湍流模型的要求,固體域?qū)壮隹谔幘W(wǎng)格進(jìn)行加密.

圖3網(wǎng)格劃分

表1凹槽狀葉頂計(jì)算邊界條件Tab.1Boundaryconditionofcomputationalingroovedtip邊界條件設(shè)置進(jìn)口總溫/K709進(jìn)口總壓/Pa168000出口靜壓/Pa120000冷氣進(jìn)口總溫/K344冷氣進(jìn)口速....

圖4數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

式中y表示垂直于主流的側(cè)向方向.1.4網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

圖5網(wǎng)格無(wú)關(guān)性

由于本文的計(jì)算模型與數(shù)值驗(yàn)證的模型存在幾何尺寸出入,為了排除網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,對(duì)帶有冷卻氣膜孔(S/W=0.1,α=90°)的流固耦合模型進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果如圖5所示.其中,L為凹槽壁面沿流向長(zhǎng)度,圖中紅色實(shí)線(xiàn)表示冷卻孔中心所在位置,紅色虛線(xiàn)區(qū)域表示肋條側(cè)壁....

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