[發明專利]基于多參數影響下的氣膜冷卻效果正交預測方法

有效

• 申請號: 201410326373.8
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104088671A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 張玲;祝健;郭瑞紅;張毅;張智達;關躍波
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: F01D5/08
• 分類號: F01D5/08
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

技術領域

本發明涉及渦輪動力裝置中的氣膜冷卻技術領域，尤其涉及一種基于多參數影響下的氣膜冷卻效果下的正交預測方法，適用于暴露在高溫環境中且需要被冷卻的渦輪葉片。

背景技術

燃氣輪機的熱效率隨著燃氣初溫的提高而增加。現代燃氣輪機設計的進口運行溫度很高，遠超出當前材料的溫度極限，受到部件材料耐高溫性能的限制，需要對材料表面進行有效冷卻。研究和改善燃氣輪機冷卻技術，以降低高溫部件工作溫度和延長金屬材料的使用壽命，是當前改進燃氣輪機安全性的重要手段。

燃氣輪機的冷卻一般是通過抽取部分壓縮空氣并旁通燃燒室直接進入透平來實現的。氣膜冷卻技術作為保護高溫部件非常有效的冷卻手段，在現代高負荷航空發動機中被廣泛采用。氣膜冷卻是讓冷卻氣體從內部通過射流孔直接噴射到燃氣通道表面，以達到保護入射區域以及射流下游區域表面的目的。渦輪葉片氣膜冷卻主要依賴于冷卻工質和高溫燃氣主流的壓比、溫比，主流湍流度和氣膜冷卻葉片上的冷卻孔的位置、形狀與分布。

本領域針對葉片冷卻效果的研究已經做了大量工作，例如：專利公開(公告)號CN103244196A，提出了一種離散氣膜冷卻孔型，比較了不同孔型、不同吹風比對冷卻效果的影響；專利公開(公告)號CN101832154A，提出了將固態工質NH₄HCO₃作為冷卻工質來源，比較NH₄HCO₃與傳統冷卻氣體的冷卻效果。目前大多數的研究都集中在一、兩種參數對冷卻效果的影響，并未對三種及以上參數共同作用下的冷卻效果進行研究，影響因素影響大小的順序也未曾進行研究。為了設計出更好的葉片氣膜冷卻模式，本發明將正交法應用于渦輪葉片氣膜冷卻的研究，用最少的試驗得到最準確的結果以及影響因素影響大小的順序，同時對結果進行進一步的直觀分析與統計分析，使得計算結果更具有代表性。

發明內容

本發明的目的在于設計出更好的葉片氣膜冷卻模式，提出一種通用性強且簡單可靠的基于多參數影響下的氣膜冷卻正交預測方法。

正交設計方法是處理多因素試驗的一種科學的試驗方法，它利用正交表安排試驗，只做較少次數的試驗便可判斷出較優的條件，若再對結果進行簡單的統計分析，還可以更全面、更系統地掌握試驗結果，做出正確判斷。對渦輪葉片冷卻效果進行正交預測可以明確以下三個問題：

1.對指標的影響，哪個因素重要，哪個因素不重要；

2.每個因素以哪個水平為好；

3.各因素以什么樣的水平搭配起來，指標最好。

本發明的目的是由以下技術方案來實現的：一種基于多參數影響下的氣膜冷卻正交預測方法，其特征在于，它包括以下步驟：

(1)渦輪葉片冷卻效果受多參數共同作用，首先選定影響因素，恰當地給出各因素的水平變化范圍，各因素的水平需要根據實際情況選擇，通常影響渦輪葉片冷卻效果的因素有：①幾何參數，孔的幾何參數如噴射角度、孔間距、孔徑比、孔長和孔出口形狀，以及葉片幾何參數如葉片前緣形狀，曲率和表面粗糙度；②氣動參數，吹風比、不穩定尾流、自由流湍流、主流密度比和壓力梯度；③其他因素,間隙泄露；

(2)根據正交表安排試驗，安排試驗時應遵循“均勻分散性，整齊可比”的原則，要求每一列中，不同的數字出現的次數相等；任意兩列中數字的排列方式齊全而且均衡，制定試驗計劃后進行試驗；

(3)進行試驗結果直觀分析，得出較優的生產條件：

Step1:根據結果選則冷卻效果最好的工況為最優工況，

Step2:計算每一因素在不同水平條件下的冷卻效果平均值，

Step3:計算各因素不同水平下的極差值，因素極差越大，對冷卻效果的影響越大，極差越小，對冷卻效果影響就越小。根據極差大小判斷因素的重要程度，

Step4:綜合分析；

(4)進行試驗結果的方差分析，區分因素水平變化引起的試驗結果間的差異與誤差波動引起的試驗結果間的差異，

Step1:試驗的誤差分析

S_誤＝各因素(數據-平均值)²的和????????(1)

S_誤稱為誤差的偏差平方和，為消除數據個數的影響，采用誤差的平均偏差平方和V_誤表示：

f_誤稱為誤差的自由度，f_誤＝各條件下(數據個數-1)之和??????(3)

Step2:試驗的因素水平變化分析