王蛟　黄启鹤　何磊

摘 要： 采用三维数值模拟方法，研究了GE

E3发动机第一级透平动叶叶顶间隙内的气膜流动与换热特性，评估了气膜吹风比M分别为0.5、1.0和1.5时，对叶顶换热系数以及冷却效率的影响.计算结果表明：叶顶气膜冷却空气改变了叶顶泄漏流动特性，随着吹风比的增加，叶顶间隙内的泄漏流动区域不断缩小，从而导致叶顶间隙泄漏量不断减小；随着气膜冷却吹风比的增大，叶顶平均换热系数逐步降低；在M=1时，冷却效果最佳.

关键词： 透平叶顶； 气膜冷却； 数值模拟

中图分类号： TK 411.6 文献标志码： A

Numerical study of film cooling effectiveness on a flattip turbine blade

WANG Jiao， HUANG Qihe， HE Lei

（R & D Division， Shanghai Electric Gas Turbine Co. ， Ltd. ， Shanghai 200240， China）

Abstract： A numerical study is carried out to simulate the tip leakage flow and heat transfer on the blade tip of the first stage rotor of GE

E3 turbine.Three different blowing ratio（M=0.5，1.0，and 1.5） of cooling flow have been analyzed to evaluate the effect of blowing ratio on leakage flow and cooling effectiveness on the blade tip.Results indicate that as blowing ratio increases，the unblocked height above the film holes decreases.Film cooling reduces evidently the overall heat transfer on the tip，which shows the best performance at the blowing ratio M=1.0.

Keywords： blade tip； film cooling； numerical study

在现代高性能燃气轮机中，透平动叶叶顶由于难以进行有效冷却，是叶片温度和传热率最高的区域，使其成为动叶最易破裂和失效的区域，直接影响叶片寿命.如何有效地对叶顶进行冷却是目前还没有彻底解决的问题，这已成为叶片设计中的关键问题和技术挑战之一[1].因此，研究叶片顶部间隙中的流动与换热问题，对燃气轮机透平动叶的设计具有重要意义[2].

叶顶区域热防护的最常见的方法之一是气膜冷却，通过叶顶气膜孔从冷却通道中抽取适量冷气并在叶顶表面形成均匀气膜，隔离高温泄漏流以降低热负荷，同时对叶顶表面进行冷却.因此有必要对叶顶气膜冷却展开系统的研究.

国内外学者在叶顶间隙流场、换热和气膜冷却等方面做了大量的试验和数值研究.Azad等[1，3]采用瞬态液晶技术研究了GE-E3第一级动叶平顶和凹槽顶情况下……