下一代燃气轮机高温高压涡轮工作叶片冷却系统研究

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目前,航空发动机的高压涡轮的使用寿命约为压气机的一半,在制造新一代发动机时这个问题尤其重要,因为同时需要解决几个问题:改进设计、使用新的高强度材料和涂层等。因为涡轮的工作叶片和导向器与高温气体直接接触,最大的困难在于确保涡轮设计在如此高温下的可操作性,特别是在高压涡轮中的导向器和转子叶片的可靠性和使用寿命。因此,本文研究工作具有重要的现实意义。本文的目的是研究一种新型的涡扇发动机高压涡轮冷却叶片,其性能将超过目前使用的叶片设计。这项工作分为四个主要部分。首先,对燃气轮机冷却涡轮叶片领域现有研究的文献进行了深入的回顾,介绍了现代发动机的运行参数,并考虑了冷却涡轮叶片的设计特点。第二部分介绍了研究叶片的计算软件,并介绍了计算叶片温度条件的基本方法。第三部分考虑了高压狭缝冷却汽轮机叶轮叶片的设计特点,给出了进一步计算所采用的设计方案和三维模型。在研究结果的基础上,本文最后给出了叶片在ANSYS-CFX中的温度状态计算结果。结果表明,在高压侧形成的冷却空气流覆盖了大面积的叶片壁面,比已知的气膜冷却具有更高的冷却效率。这些结果反映了这项工作的技术新颖性,并为继续开发这一设计方案提供了合理的建议,以供进一步使用。
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