某型发动机涡轮转子叶片冷却数值模拟分析（二）

kkwang

   经典图书

3.2 叶片表面的温度分布
图4、图5给出了改进结构和原始结构叶盆的温度分布，从温度分布图中可以看出原始结构的冷却效果要好于改进结构的冷却效果。在叶片前缘，两者的表面温度基本一致，在叶盆内部两者的差别增大，特别是在叶尖部分，改进结构温度增加的较多，不过两者之间的温度差在云图中不大于30K。这就说明改进结构的温度有所增加，但是对叶片的影响不大。

为了进一步说明结构改动对叶片表面温度的影响，本文对原始结构和改进结构的特征温度进行了分析（如表2所示）。表2给出了两者叶片表面的最低温度、最高温度和平均温度值。两者的最低温度差为15K，最高温度差为4K，平均温度差为7K。对于7K的平均温差来说，不会对叶片的使用产生很大影响，因此通过此次计算分析可以认为，改进结构在冷却方面可以满足使用要求。

3.3 叶片沿径向R＝0.90m截面的温度分布
R＝0.90m截面是整个叶片沿径向的中间位置，图6和图7是改进结构和原始结构在该截面叶片表面温度分布和内部冷却气流通道的温度分布云图，从图中可以发现，两者的温度分布形式基本一致，但对于整个叶片表面的温度值来说，改进结构都要大于原始结构。

为了进一步比较两者的差别，本文又分别对该截面叶片前缘和尾缘的温度进行分析。图8和图9为改进结构和原始结构前缘的温度分布。从图中得知，改进结构要大于原始结构。

图10和图11分别为该截面叶片尾缘的温度分布。从图中得知，改进结构明显大于原始结构，特别是在叶片尾缘的最后部分，两者的温差为12K。

通过对叶片中径截面的温度分析，可以发现，叶片的改动对叶片冷却效果影响最大的部位将发生在叶片尾缘出口处。
4 原始叶片设计数据与本次计算结果比较
该叶片的初始设计者，提供了R＝0.80m、0.90m、0.97m各截面的平均温度，分别为R＝0.80m、T=1023K；R＝0.90m，T=1060K；R＝0.97m，T=1036K；
本次计算的原始结构各截面的平均温度为R＝0.80m、T=979K；R＝0.90m，T=1002K；R＝0.97m，T=1003K；
改进结构各截面的平均温度为R＝0.80m、T=984K；R＝0.90m，T=1008K；R＝0.97m，T=1011K；
本次计算的结果要比原始计算的结果偏低，通过分析计算中的边界条件，偏低的主要原因是由于本次计算所使用的主燃气温度和燃气流量均比原始设计数据要低，并且没有考虑叶冠对叶片的影响而造成的。
5 结束语
通过对某型发动机转子叶片冷却效果的计算及分析，本文得到以下结论：
（1）叶片结构的改动，对叶片冷却效果影响最大的部位发生在叶片尾缘出口处；
（2）结构的改进使得叶片内部冷却空气温度有所增加，但增加的幅度不大；
（3）选用的改进结构转子叶片在冷却方面可以满足使用要求。