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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:董爱华,颜培刚,钱潇如,韩万金,王庆超.通气孔对动叶冷却结构流动和换热特性的影响[J].哈尔滨工业大学学报,2021,53(7):45.DOI:10.11918/202010016
DONG Aihua,YAN Peigang,QIAN Xiaoru,HAN Wanjin,WANG Qingchao.Effect of air-filled through hole on flow and heat transfer characteristics of rotor blade composite cooling structure[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2021,53(7):45.DOI:10.11918/202010016
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通气孔对动叶冷却结构流动和换热特性的影响
董爱华1,2,颜培刚1,钱潇如1,韩万金1,王庆超1
(1.哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院,哈尔滨 150001;2.哈尔滨电气集团公司中央研究院,哈尔滨 150028)
摘要:
为深入研究某型燃气轮高温旋转动叶片内部先进的复合冷却结构,采用三维气热耦合数值计算方法,模拟该叶片外部高温流场、内部前后冷却腔内蛇形折流通道复合冷却结构的流动性能与换热特性,研究前腔蛇形折流冷却通道在采用局部通气孔改进设计的条件下对整个旋转叶片外表面冷却效果与内部冷却通道流阻系数的改善程度。计算结果表明:在给定的冷气流量条件下,无通气孔设计时,叶片内部蛇形折流通道采用的气膜/冲击/扰流复合冷却结构能够对叶片整体带来较好的换热效果,并且叶片内、外表面温度分布都处于合理范围,但由于整个内部折流冷却通道流动阻力较高,导致对冷却气源供应压力要求过大,且前后冷却腔室进口设计压力差别较大;在内冷前腔局部位置设计冷气通孔结构,可有效降低前腔折流通道的流动阻力,在保证叶片换热效果没有受到明显影响的前提下,实现了所需冷气供应压力和冷气量同时显著下降,多腔冷却气体用量得到更好匹配。该改型设计提高了原型叶片的工程应用价值。
关键词:  燃气轮机  高温动叶  冷却结构  通气孔  数值研究
DOI:10.11918/202010016
分类号:TK472
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金创新群体(51121004)
Effect of air-filled through hole on flow and heat transfer characteristics of rotor blade composite cooling structure
DONG Aihua1,2,YAN Peigang1,QIAN Xiaoru1,HAN Wanjin1,WANG Qingchao1
(1. School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 15001,China; 2. Harbin Electric Corporation Central Academy, Harbin 150028, China)
Abstract:
Aiming at the high-temperature rotating blade with composite cooling structure of a gas turbine, the high temperature flow field on outer gas side and the inner cooling flow fields in the double cambers with serpentine baffling passages and composite cooling structures were simulated using the gas-thermal coupling numerical simulation method. The influence of the presence or absence of ventilating hole on the cold air flow resistance characteristic and the heat transfer performance were investigated. It is found that the air film/impingement/turbulence composite cooling structures used in the serpentine passages inside the blade without ventilating hole design have a better heat transfer performance, and both the internal and external surface temperature distribution are in a reasonable range under the given cold air flow flux. However, the total pressure supplied by the inlet of the cooling air is too large, which is resulted from the higher flow resistance of the entire inner cooling channel. By the design of local ventilating hole, the internal flow resistance is effectively reduced. Under the condition that the heat exchange effect is only slightly influenced, the required cold air supply pressure and the cold air volume are both significantly reduced, and the air volumes for the double cambers get a better match. The prototype blade has a better engineering application by the redesign.
Key words:  gas turbine  high temperature rotor blade  cooling structure  air supply through hole  numerical simulation

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