一種斜沖擊射流冷卻通道的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種斜沖擊射流冷卻通道，包括葉片尾緣冷卻通道、第一擋板、第二擋板；第一擋板和第二擋板固定在葉片尾緣冷卻通道內(nèi)，兩擋板為楔形結(jié)構(gòu)，第一擋板和第二擋板之間夾角α的取值范圍為30°～60°，第一擋板和第二擋板結(jié)構(gòu)相同，每個擋板上設(shè)置有多排尺寸相同的圓形沖擊孔，每排有兩個，且兩個沖擊孔的中心線分別位于擋板左右兩端的兩個1/4平均面上，其直徑d的大小依據(jù)冷氣量來確定。沖擊孔與擋板垂直，沖擊孔孔長L的取值范圍為0.5d～2d，沖擊孔中心在葉高方向間距c的取值范圍是2d～6d。冷氣從沖擊孔射出后沖擊在壓力面或吸力面上，可大大強(qiáng)化壓力面或吸力面的換熱，從而增強(qiáng)其冷卻效果。
【專利說明】一種斜沖擊射流冷卻通道

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的冷卻技術(shù)，具體地說，涉及一種斜沖擊射流冷 卻通道。

【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展要求渦輪前溫度不斷提高，由于葉片材料不能承受過高的 溫度，因而探索高效的冷卻方式已經(jīng)成為現(xiàn)代高性能渦輪葉片設(shè)計技術(shù)的一個重要研究領(lǐng) 域。葉片尾緣是渦輪葉片重要的冷卻區(qū)域，而尾緣區(qū)冷卻技術(shù)一直是困擾渦輪設(shè)計和和研 究者的一大難題。
[0003] 目前在尾緣的冷卻分為外冷和內(nèi)冷兩種形式。外冷是尾緣劈縫氣膜冷卻，即將尾 緣處壓力面的一部分去掉，形成一個臺階狀的結(jié)構(gòu)，利用從尾緣內(nèi)通道中引出的氣體對劈 縫后部的區(qū)域進(jìn)行冷卻。在公開的技術(shù)文獻(xiàn)"渦輪葉片尾緣斜劈縫氣膜冷卻數(shù)值模擬"（南 京航空航天大學(xué)學(xué)報，200638 (5) : 583-589.)，"帶尾緣劈縫冷氣噴射的渦輪葉柵性能實驗 及計算"（推進(jìn)技術(shù)，200829(6) : 710-715.)，"不同葉片尾緣結(jié)構(gòu)對流換熱特性實驗"（推進(jìn) 技術(shù)，201132(4) :485-490.)中對外冷方面均有很多研究。而內(nèi)冷則是對劈縫之前的尾緣 內(nèi)通道進(jìn)行冷卻。在尾緣內(nèi)通道中布置擾流柱排是一種主要的內(nèi)冷方式，擾流柱排通道的 換熱和流動特性與擾流柱的種類、排列方式和Reynolds數(shù)等因素有關(guān)，國內(nèi)外在這方面都 做了大量研究。文獻(xiàn)"擾流柱排內(nèi)換熱的實驗研究"（航空動力學(xué)報，199914(1) :95-99.) 中研究了帶有擾流柱排的矩形通道內(nèi)的換熱情況，結(jié)果表明擾流柱前的滯止區(qū)和其后的 尾跡區(qū)域換熱較強(qiáng)。在文獻(xiàn)"不同直徑及形狀的短擾流柱群的流阻及換熱"（航空動力學(xué) 報，2002, 17(2) :246-249.)主要研究了擾流柱直徑和形狀對于換熱和流動的影響情況， 結(jié)果表明增大擾流柱直徑對于流阻的增強(qiáng)效果要比對換熱的增強(qiáng)效果明顯。此外，在文 獻(xiàn)"Chyu M K. Heat Transfer and Pressure Drop for Short Pin-Fin Arrays with Pin Endwall Fillet.，'(ASME Journal of Heat Transfer, 1990112(4) :926_932.)研究了擾流 柱排列方式對于換熱和流動損失的影響情況，結(jié)果表明叉排相比順排更有利于換熱增強(qiáng)， 但是流動損失會更大。由于鑄造技術(shù)的限制，尾緣內(nèi)通道空間通常比較狹小，擾流柱因而 比較短，有時擾流柱排增加的換熱面積還不及端壁減少的面積，因而尾緣內(nèi)擾流柱排增強(qiáng) 換熱的能力有限。并且在尾緣這種受熱嚴(yán)重的區(qū)域光靠對流冷卻難以滿足更高的冷卻要 求，還要嘗試其它的冷卻技術(shù)以加強(qiáng)局部冷卻。文獻(xiàn)"帶射流沖擊的短擾流柱排內(nèi)流場的 實驗研究"（航空動力學(xué)報，200217 (3) : 336-340.)，"帶射流沖擊短擾流柱排內(nèi)的流動和損 失"（推進(jìn)技術(shù)，200223(3) : 226-229.)，"有射流沖擊的短擾流柱排內(nèi)柱面的傳熱實驗研 究"（西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，200220(4) :586-589.)中，研究在擾流柱排前增加了一排隔板，隔 板上開孔以產(chǎn)生射流直接沖擊擾流柱面，達(dá)到增強(qiáng)擾流柱排通道內(nèi)換熱的目的。結(jié)果發(fā)現(xiàn) 射流沖擊不但可以增強(qiáng)柱面的換熱，而且對擾流柱排通道中端壁附近的換熱增強(qiáng)也有貢 獻(xiàn)。但是由于射流并非直接沖擊端壁，所以其增強(qiáng)端壁附近換熱的能力有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種斜沖擊射流冷卻通道。其在渦輪 葉片尾緣冷卻通道內(nèi)設(shè)置兩個擋板，兩個擋板呈一定角度，在每個擋板上開有多排雙孔，利 用開孔后形成的射流來加強(qiáng)尾緣壁面處的換熱；射流直接沖擊尾緣壁面，可極大地強(qiáng)化壁 面處的換熱，達(dá)到極佳的冷卻效果。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括葉片尾緣冷卻通道、第一擋 板、第二擋板，其特點在于，第一擋板和第二擋板位于葉片尾緣冷卻通道內(nèi)，兩擋板為楔形 結(jié)構(gòu)，擋板之間夾角a為30°?60°，第一擋板和第二擋板結(jié)構(gòu)相同，擋板上設(shè)有多排尺 寸相同的圓形沖擊孔，每排有兩個，沖擊孔與擋板垂直，沖擊孔長L為0. 5d?2d，兩個沖擊 孔中心在葉高方向間距c為2d?6d，沖擊孔直徑d按公式（1)進(jìn)行：
[0006]

【權(quán)利要求】
1. 一種斜沖擊射流冷卻通道，包括葉片尾緣冷卻通道、第一擋板、第二擋板，其特征在 于：第一擋板和第二擋板位于葉片尾緣冷卻通道內(nèi)，兩擋板為楔形結(jié)構(gòu)，擋板之間夾角α 為30°?60°，第一擋板和第二擋板結(jié)構(gòu)相同，擋板上設(shè)有多排尺寸相同的圓形沖擊孔， 每排有兩個，沖擊孔與擋板垂直，沖擊孔長L為0. 5d?2d，兩個沖擊孔中心在葉高方向間距 c為2d?6d，沖擊孔直徑d按公式（1)進(jìn)行： d = 2! ； (1) 式中m為通過單個沖擊孔的冷氣流量，Ρ為沖擊孔內(nèi)氣流的密度，Τ為沖擊孔內(nèi)氣流的 溫度。
【文檔編號】F01D5/18GK104265376SQ201410487786
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】朱惠人, 田寧 申請人:西北工業(yè)大學(xué)