非軸對稱端壁氣膜冷卻透平級內流動傳熱機理的研究

《非軸對稱端壁氣膜冷卻透平級內流動傳熱機理的研究》是依託西安交通大學，由何坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非軸對稱端壁氣膜冷卻透平級內流動傳熱機理的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：何坤
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

高性能的非軸對稱端壁氣膜冷卻技術可以有效地提高高溫燃氣透平級內的氣動效率和端壁區域的冷卻傳熱性能。本項目擬採用實驗測量、數值模擬和多目標最佳化設計相結合的方法對非軸對稱端壁氣膜冷卻透平級內流動傳熱特性和非定常熱流耦合傳熱機理開展詳細的研究，發展非軸對稱端壁氣膜冷卻透平級全三維熱流耦合定常和非定常數值計算方法，並利用實驗測量值進行考核，研究非定常尾跡和熱流耦合作用對非軸對稱端壁氣膜冷卻透平級氣動傳熱性能的影響機制，分析非軸對稱端壁造型和冷卻孔結構間的匹配關係對端壁附近射流、二次流、主流間摻混發展和冷卻傳熱性能的影響，闡明動靜干涉和端壁固體導熱效應對透平級內冷卻效率和傳熱係數分布的影響機制，獲得非軸對稱端壁氣膜冷卻透平級幾何設計參數對流動傳熱特性影響的機率統計規律，揭示非軸對稱端壁氣膜冷卻結構匹配對透平級內流動、傳熱、冷卻性能的熱流耦合機理，為進一步提高高溫燃氣透平端壁的設計水平提供理論基礎。

結題摘要

基於實驗測量數據，開展了非軸對稱端壁透平級內流動傳熱特性及影響機制的研究,得到了非軸對稱端壁造型對透平葉柵內壓力場、速度場影響，分析了非軸對稱端壁造型對透平氣動損失和傳熱性能的影響規律。發展了用於非軸對稱端壁氣膜冷卻流動傳熱特性研究的數值求解方法，開展端壁造型與冷卻孔結構間匹配關係對非軸對稱端壁氣膜冷卻流動傳熱特性的影響研究，揭示了非軸對稱端壁上冷卻射流與二次流間相互作用對透平級氣動、傳熱、冷卻性能的作用機理。此外，為研究透平級內動葉頂部端壁的非軸對稱結構，設計並分析了凹槽-小翼葉頂結構對於動葉頂部間隙流動傳熱特性的影響，研究了凹槽-小翼葉頂結構與葉頂氣膜冷卻射流和間隙泄漏流動之間的相互作用機制。獨立開發了非軸對稱端壁造型、射流孔槽參數化建模程式及多目標最佳化設計算法程式，建立了非軸對稱端壁氣膜冷卻透平級內氣動、傳熱、冷卻性能的多目標最佳化設計方法和系統，最佳化結果通過實驗測量和數值計算進行了驗證。