【精彩论文】燃气轮机旋转状态下的动叶气膜冷却效果数值模拟研究

观点凝练

摘要：采用数值模拟的方法研究了旋转对叶片气膜冷却效果的影响，详细对比了不同吹风比下叶片在旋转和静止状态下的气膜冷却特性，并用平均气膜冷却效率和不均匀系数评估了气膜冷却效果。结果表明：在叶片压力面，叶片的旋转使得射流气体从气膜孔流出后法向动量增大，与主流掺混作用加强，从而使得叶片压力面气膜冷却效率值低于静止状态；在叶片吸力面，叶片旋转使得冷却气体流出后法向动量减小，能够更好地贴附在叶片表面向下游流动，使得旋转时叶片吸力面气膜冷却效率要优于静止状态，并且叶片后沿的平均气膜冷却效率较静止状态有显著提高；旋转状态下叶片表面的不均匀度系数要略大于静止时叶片表面不均匀度系数。
结论：动叶在工作过程中一直处于高速旋转状态，存在的离心力、哥氏力等非惯性力会影响气膜冷却与主流的掺混过程，导致呈现不同于静止状态下的气膜冷却所表现的特征。

（1）在叶片压力面，在其他条件不变的情况下，叶片旋转时，内部流体受到离心力、哥氏力和浮升力及其相互作用力的综合作用，射流从气膜孔流出后法向动量增大，与主流掺混作用加强，从而使得叶片压力面气膜冷却效率值低于静止状态下的气膜冷却效率值。另外通过平均气膜冷却效率值分布可以发现，在叶片前缘旋转状态与静止状态下气膜冷却效率值基本不变，而在叶片后沿可以明显看出叶片旋转状态下的平均气膜冷却效率值低于静止状态。

（2）在叶片吸力面，在其他条件不变的情况下，叶片旋转时，内部流体受到离心力、哥氏力和浮升力及其3种力的综合作用，由于3种力合力指向压力面，使得冷却气体流出后动量减小，能够更好地贴附在叶片表面向下游流动，使旋转时叶片吸力面气膜冷却效率要优于静止时气膜冷却效率值。通过评估效率指标值可以发现，由于在叶片后沿孔排受到前沿孔排的叠加作用，使得旋转时叶片后沿的平均气膜冷却效率更加优于静止时平均气膜冷却效率值。

（3）旋转状态下叶片表面的不均匀度系数要略大于静止时叶片表面不均匀度系数，但影响不大。

引文信息

李录平, 唐学智, 张浩, 等. 燃气轮机旋转状态下的动叶气膜冷却效果数值模拟研究[J]. 中国电力, 2018, 51(12): 7-13, 35.LI Luping, TANG Xuezhi, ZHANG Hao, et al. Numerical simulation study of film cooling effectiveness on the rotating gas-turbine blade[J]. Electric Power, 2018, 51(12): 7-13, 35.

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编辑：杨彪

审核：方彤

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