二次冲击对静叶前缘冷却性能影响的对比研究

为了进一步优化现代先进燃机高压涡轮静叶前缘区域的冷却性能，基于NASA C3X叶型建立了上游腔室采用冲击冷却与气膜冷却组合的阵列冲击-气膜复合冷却静叶模型，采用流固共轭传热方法数值研究了涡轮静叶内部冷气的流动和传热特性，针对常用的冷气流量范围分析了引入二次冲击结构对静叶前缘冷却性能的影响。结果表明：二次冲击对靶面对流换热影响较小，但能有效提高冷气在整个流路中的对流换热强度，还能平衡不同区域气膜孔排的冷气流量分配。二次冲击有效降低了气膜孔附近的固体温度，尤其是对于气膜孔较密集的前缘。同时，在固体导热的作用下，气膜孔附近的低温区会影响到无气膜孔区域，降低整个固体域的温度。二次冲击显著改善了叶片上游表面尤其是前缘的复合冷却性能，其中，对上游表面的优化率大体上随冷气流量的增大先升高后降低，在质量流量比M为1.25%时最高，约为4.44%;对前缘的优化率大体上随冷气流量的增大先降低后升高，在M为1.50%时最低，约为9.66%,在M为2.25%时最高，约为11.70%。