许承天,李志刚,李军

(西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安)

目前,随着燃气轮机功率和效率朝着更高更大的方向发展,燃气温度不断提高,燃烧室中心区域产生的热力型NOx增加。为了控制污染物的排放,采用的贫预混燃烧技术令燃烧室出口剖面的径向温度分布变得更加均匀,导致叶顶承受了更高的热负荷,这对流动换热复杂的涡轮动叶叶顶的冷却工作带来巨大的挑战[1-2]。

目前,气膜冷却是降低叶顶热负荷的主要手段,研究人员对此开展了诸多相关工作。文献[3-4]采用数值方法计算了冷气入射角与吹风比、气膜冷却布局、气膜孔孔径与间距比等参数对动叶叶顶冷却性能的影响。郭嘉杰等数值对比了叶顶不同形状气膜孔的气热性能,指出椭圆气膜孔相比圆形气膜孔具有更加优异的冷却性能[5]。文献[6-7]发现压力面近叶顶气膜孔的冷气强化了凹槽底部近压力侧的冷却效果,并且在小射流角条件下,采用扩张孔能够提高叶顶肩壁和压力面近顶部的冷却效率。Jiang等对比3种叶顶气膜冷却布局的传热特性,指出沿中弧线布置气膜孔能最大程度得降低叶顶传热系数,而冷气量的提高扩大了高传热区的面积[8]。文献[9-10]的动叶凹槽状叶顶气热性能的不确定性量化分析显示进口总温、吹风比、叶顶间隙和凹槽深度对叶顶气膜冷却有效度不确定性的贡献均不可忽略。Andreoli等对凹槽状叶顶的肩壁型线和气膜冷却布局联合进行多目标优化,优化后叶顶热通量降低65%,气动效率提高0.65%[11]。……