燃機透平葉片帶肋直通道結構優化策略

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

燃氣輪機以其結構緊湊、功率密度大的優點被廣泛應用于航空、航海和工業驅動等領域。目前，燃氣輪機的透平進口燃氣溫度已突破1500℃，該溫度遠遠超過了葉片金屬材料所能長期穩定安全工作的溫度上限。因此，葉片冷卻技術的進一步發展迫在眉睫。針對內部通道的冷卻，目前主流的強化換熱措施按照葉片區域及其通道寬高比可分為兩類：葉片中部的通道寬高比較低，往往采取的方式是在葉片吸力面和壓力面一側的冷卻通道表面放置擾流肋片[1]；而葉片尾緣區域的通道寬高比較大，一般采用柱狀繞流肋[2]強化傳熱。其中，放置擾流肋片的方式幾乎被所有的葉片采用，成為葉片內部冷卻系統的關鍵強化換熱措施。肋片擾流結構增強葉片內冷通道與冷卻工質之間換熱的主要機理是壁面鄰近的流體流經肋片前后會發生流體與壁面的分離和再附著現象。而這種現象起到類似射流的效果，使得當地換熱系數得到增強。此外，肋片的存在擴大了對流換熱面積，也起到了強化換熱的作用。因此，肋片對通道中流動和換熱的作用規律及其影響機理是內部帶肋冷卻通道強化換熱研究的關鍵。

國內外學者對帶肋冷卻通道結構的優化進行了相關研究。Kim等[3，4]采用響應面法，以肋片幾何參數（肋片寬高比，肋片高度與通道水力直徑之比，肋片間距與肋片高度之比，上下表面肋片的相對距離與肋片間距之比）為設計變量，研究了帶肋直通道的最優肋片尺寸和形狀；……