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不同叶片尾缘结构冷却效率的实验研究

杨卫华  贺宜红  孙瑞嘉  李维  
【摘要】:随着燃气涡轮发动机涡轮前燃气温度的大幅升高,涡轮叶片的工作环境愈加恶劣。叶片尾缘因截面积小,热沉滞强,平均温度最高等特点,最容易出在叶片尾缘处发生断裂,因此寻找高效可靠的方法对叶片尾缘进行有效的冷却对航空发动机安全稳定的工作有着重要的意义。为了研究不同叶片尾缘结构对冷却效果的影响规律,设计了三种尾缘结构,并搭建了实验台,采用红外热像仪对叶片尾缘的绝热壁温进行测量。研究结果表明,①对于实验件Ⅰ所示的尾缘结构,在相同吹风比下冷却效率沿壁面存在一最大值,此值随着吹风比的增加而逐渐远离气膜出口;冷却效率随吹风比的变化规律在不同的尾缘壁面有不同的规律,当x/D5时,吹风比存在一最佳吹风比Mop≈0.7,当吹风比在大于Mop的范围内变化时,随着吹风比的减小冷却效率增大,当吹风比在小于Mop的范围内变化时,冷却效率随着吹风比的减小而减小;当x/D5时,冷却效率均随着吹风比的增大而增大;②对于实验件Ⅱ和Ⅲ,冷却效率均随着吹风比的增大而逐渐升高,但当吹风比超过1后,冷却效率随吹风比的变化不甚明显;对于实验件Ⅱ,当x/D6时,冷却效率沿壁面呈现较为平缓的降低;当x/D6时,冷却效率沿壁面急剧降低;对于实验件Ⅲ,冷却效率沿壁面一直呈现较为平缓的降低;③主流雷诺数对叶片尾缘冷却效率没有影响;④实验件Ⅲ的冷却效果要明显好于其他两种实验件,因此在叶片尾缘的设计时要尽可能选用实验件Ⅲ的尾缘结构,而壁面选用实验件Ⅰ的尾缘结构。

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