燃機葉片U帶肋冷卻通道的結構優化

龔建英，高鐵瑜，吳偉烽，李 真

（西安交通大學能源與動力工程學院，陜西西安710049）

1 引言

20世紀以來，隨著科學技術的發展和進步，航空發動機和地面燃氣輪機在工程實際當中的應用越來越廣泛，如何提高燃氣輪機的效率逐漸受到人們的重視[1]。研究表明，燃氣溫度是決定燃氣輪機主要性能的一個重要參數，冷卻技術的不斷進步成為提高此溫度的關鍵技術[2]。

內部對流冷卻是燃氣輪機葉片冷卻的重要組成部分之一[3]。這種冷卻方式將壓氣機壓縮過的高壓空氣由葉根處引入葉片內部冷卻通道，通過高壓空氣和通道壁面的換熱實現冷卻作用。為了提高換熱效率，先進的燃氣輪機廣泛采用了在位于葉片吸力面和壓力面一側的通道壁面放置肋片或柱狀肋片的強化換熱措施[4]。

在實際燃氣輪機葉片中，為了簡化內部結構，往往將不同的帶肋直通道首尾相連，形成復雜的U形帶肋通道。此時，180°彎頭對于上下游流動和傳熱的影響不能忽略，針對這一問題，國內外學者進行了大量的研究。Han和Zhang[5]用實驗的方法研究了U形轉角和肋片方向對三流程通道中流動和換熱的影響。Erelli等[6]用實驗和數值模擬的方法研究了不同U形轉角形狀對于光滑U形通道中流動和換熱的影響。結果顯示轉角處的二次流越強，當地換熱強化能力越大。角外側壁為90°直角連接，內側壁為半圓形時換熱效果最好，內外側壁面都為90°直角連接時換熱效果最差。Howoong等[7]對光滑U形冷卻通道的半圓形彎頭形狀進行了優化。……