涡轮静叶复合角度气膜冷却孔排布置优化的数值研究

第56卷第2期2014年4月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYVOL_56NO2APR2014涡轮静叶复合角度气膜冷却孑L排布置优化的数值研究张玲，汪山入，董海瑞，张宏洋1东北电力大学能源与动力工程学院，吉林132012；2山西漳山发电有限责任公司，长治046021；3国电龙源电力技术工程有限责任公司，北京100761摘要采用REALIZABLEKS两方程模型，通过改变射流入射角度和吹风比，对具有8排复合角度射流孔的涡轮静叶片表面温度场进行数值研究，确定各个孔排的最佳吹风比；对复合角度孔排的布置进行调整，得到较好的气膜冷却方案。结果表明在相同的吹风比下，气膜有效覆盖范围随入射角的减小而增大，展向倾角|B的引入可增大气膜展向的覆盖范围；在大吹风比下，角度为30。、345。时，气膜贴壁性较好，角度为D60。A45。45。时，压力面前半部气膜出现脱壁现象；在滞止线两侧采用单一角度叉排对吹式孔排布置可对前缘形成更有效的气膜保护。关键词气膜冷却；静叶栅；复合角度；数值研究分类号TK2292文献标识码A文章编号10015884201402011005NUMERICALSTUDYONCOMPOUNDANGLEFILMCOOLINGHOLESOPTIMIZEDARRANGEMENT0FTURBINESTATORBLADEZHANGLING，WANGSHAH一131，DONGHALRUI，ZHANGHONGYANG1SCHOOLOFENERGYANDPOWERENGINEERING，NORTHEASTDIANLIUNIVERSITY，JILIN132012，CHINA；2SHANXIZHANGSHANPOWERGENERATIONCOMPANYLIMITED，CHANGZHI046021，CHINA；3GDLONGYUANPOWERTEENOLOGYENGINEERINGCOMPANYLIMITED，BEIJING100761，CHINAABSTRACTREALIZABLEKSTWOEQUATIONMODELISAPPLIEDTOSIMULATETEMPERATUREFIELDOFTURBINESTATORWITHEIGHTROWSOFCOMPOUNDANGLEJETHOLESANALYZINGDIFFERENTJETANGLESANDBLOWINGRATIOS，TOOBTAINOPTIMUMBLOWINGRATIOOFEACHROW，THENREARRANGINGCOMPOUNDHOLESTOOBTAINBETTERFILMCOOLINGPERFORMANCETHERESULTSREVEALTHATFILMEFFECTIVECOVERAGEINCREASEDWITHDECREASINGANGLEATTHESANLEBLOWINGRATIO，SPANWISEANGLEINTRODUCEDCANENLARGETHESPANWISEFILMCOVERAGEATHIGHBLOWINGRATIO，COOLINGFILMADHERESWALLBETTERWHENJETANGLESAREO30。，45。，WHEREASCOOLINGFILMISOFFWALLATFRONTHALFOFPRESSURESURFACEWHENJETANGLESAREOL60。OL45。，卢45。SINGLEANGLECROSSROWSCONFIGURATIONBETWEENSTAGNATIONLINESIDESADOPTEDCANPROTECTLEADINGEDGEBETTERKEYWORDSMMCOOLING；STATORCASCADE；COMPOUNDANGLE；NUMERICALSIMULATIONOL30。，分别为30。、45。和60。实验结果显示复合角度条O前言件下的气膜冷却特性比相同条件下的单一角度入射要好；吹风比M05时，60。冷却性能较好；M10时，3种角度提高燃气轮机进口温度是提高燃气轮机效率的关键技下的冷却效率相差不大；M15时，口30。时冷却性能最好。术之一，为了保证涡轮叶片免受高温燃气的灼伤和高温腐王湛等利用KS两方程模型，研究了不同吹风比下孔排蚀。必须对叶片进行冷却保护。气膜冷却技术是对涡轮叶片间距对复合角双射流气膜冷却特性的影响。李国庆、邓宏武进行冷却保护的有效手段，准确预估气膜冷却效果对燃气轮等对旋转叶片复合角度气膜孔对气膜冷却效果的影响进机叶片的设计起着至关重要的作用。行了数值模拟，结果表明在旋转状态下，压力面上复合角可近几年，部分国内外学者对复合角度气膜冷却进行了研以有效地提高气膜冷却效果，受哥氏力的影响，朝向低半径究，LIGRANI等0对射流入射展向角为30。和505。的气膜的复合角的气膜冷却效果要好于朝向高半径；吸力面上复合冷却进行了实验研究，结果表明冷却气体在存在复合角度角对气膜冷却效果的影响不大。的条件下更好的贴近壁面。MCGRATH等人通过对平板复合目前，对复合角度射流的气膜冷却研究多集中于平板模角度气膜冷却的研究，发现大吹风比时，气膜冷却效率较高，型，对涡轮叶片的研究也以复合角度的变化为主，而有关复且并没有出现射流吹离壁面现象。刘捷等对不同复合角合角度射流孔排布局的优化问题却鲜有报道。由于数值预度垩扳膜却性