韩怀远, 沈邱农

(上海发电设备成套设计研究院有限责任公司， 上海 200240)

燃气透平叶片的冷却技术是燃气轮机(简称燃机)的关键技术之一。为了提高燃机的性能，燃气透平的进气压力和温度一直在不断地提高。目前F级燃机透平进口温度已达到1 400 ℃，已经远超过透平叶片材料所能承受的极限，必然要采用一定的冷却措施来降低叶片的温度。燃机透平叶片的冷却方法包括叶片内部的强化对流冷却、射流冲击冷却[1-3]及叶片外部的气膜冷却[4]。

1　计算模型

图1是一张典型的现代燃气透平一级动叶片的冷却结构方案图[4]。叶片前部采用冲击冷却；中部较宽，采用带肋U形通道强化对流传热；尾部采用带扰流柱的强化对流传热。

图1　一级动叶片的冷却结构方案图

图1中带肋直通道部分，位置在叶片中弦靠后的区域，以实际燃机动叶内部通道尺寸为标准，建立带45°斜肋的矩形截面直通道模型，并进行数值模拟，分析其传热效果，探究冷却传热的机理。研究不同流量入口条件下带肋冷却通道的传热系数和固体温度场，确定满足叶片冷却任务要求(叶片最高温度不超过900 ℃)的最小冷却空气量。

建立了通道流动模型和固体热计算模型。图2为通道流动模型，通道上下两侧带有倾斜45°的方形肋，肋尺寸为1 mm×1 mm，肋间距与肋宽比为10∶1，单侧有17片肋，通道尺寸为16 mm×8 mm，长度为190 mm；左下角圆点处设置为坐标原点。图3为固体计算模型，以流动模型为内部通道，以实际燃机动叶为准，上壁面厚度为3 mm，下壁面厚度为2 mm。……