郭嘉杰,王新军,鲍宇航

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

燃气轮机结构简单安装周期短,凭借其所特有的启动快、体积和质量小、少用或不用冷却水等一系列优点,在国民生产、军事科技、国防领域中应用越来越广,现代燃机技术进一步向高参数、高效率发展。高温燃气在涡轮动叶受吸力面与压力面压差影响,部分燃气流经动静间隙形成泄漏流与泄漏涡,恶化叶顶传热并产生泄漏损失。为改善涡轮叶顶的传热与气动性能,合理设计叶顶结构会对泄漏流的减少与传热系数的降低起到十分重要的作用[1]。

对带有凹槽结构的动叶叶顶研究是泄漏流领域的一个热点。Yang等对凹槽式叶顶结构的研究表明,将平面叶顶替换成凹槽式叶顶不仅改善了叶顶的传热性能,而且降低了叶顶的泄漏流量[2-3]。Heyes等研究了直叶栅中半凹槽式的单侧突起结构特点,发现单侧突起结构尤其是吸力面的单侧突起结构能有效降低叶顶泄漏流量[4]。Bunker等通过测量叶顶间隙对传热的影响发现,缩小叶顶间隙能减小叶顶换热系数,随着叶顶间隙减小38%,叶顶传热系数相应减小10%[5]。Zou等通过对带斜边的叶顶凹槽数值模拟建立了考量叶顶间隙的叶顶换热预测模型[6]。Maral等基于遗传算法对凹槽高度及宽度进行了多目标优化,发现凹槽结构对叶顶流动换热有显著影响[7]。姜世杰等在凹槽叶顶的基础上加入了中弧线垂直方向肋条,有效降低了腔室内的漩涡强度与尾缘区域的传热系数[8]。……