黄明,李军,李志刚,宋立明

(西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安)

在现代燃气轮机中,第一级动叶的叶顶直接暴露于高温燃气中,动叶顶部与机匣间隙中的高速泄漏流在降低动叶气动效率的同时也导致了叶顶具有高传热系数,这使得动叶叶顶极易在高热负荷下失效[1],所以叶顶间隙的高速泄漏流及其复杂的流动状态一直是涡轮叶片流动换热领域的研究重点。

实际运行状况下的动叶叶顶固有地存在着许多不确定性因素,比如叶顶间隙由于高温燃气的侵蚀或者加工误差的影响将会呈现随机分布,而动叶进口气体的滞止压力、湍流强度、温度等也均呈现一定的不确定性。传统的叶顶研究中将上述不确定的几何因素与边界条件均当成确定值处理。然而,这些不确定性因素可能对具有高热负荷的动叶叶顶的气动与传热冷却性能造成显著影响。Han等的研究指出燃气涡轮叶片金属温度偏离预测值25 K,叶片寿命会减半[2],所以微小的偏差就可能导致涡轮叶片寿命的明显降低。因此,涡轮在实际运行和加工制造时所产生的不确定性因素开始被引入到涡轮叶顶的研究中,并且逐渐受到重视。

Montomoli等研究了多级涡轮叶顶间隙以及倒角造成的不确定性,结果表明这些几何偏差对涡轮可靠性的影响远大于预期表现[3]。De Maesschalck等采用随机配置法研究了由于制造公差以及轮廓退化造成的叶顶区域的几何变化对涡轮的影响,指出在涡轮早期的设计阶段,这些不可避免的叶顶几何偏差应该被给予重视[4]。……