[發(fā)明專利]一種渦輪氣冷葉片溫度場快速評估方法

有效

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• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN112983560B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設計）人: 左可軍;金云峰;呂博文;吳向宇;蘇航;聶東冰
• 申請（專利權）人: 中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D21/00;F01D25/00;G06F30/20
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本申請屬于渦輪氣冷葉片領域，特別涉及一種渦輪氣冷葉片溫度場快速評估方法。包括：步驟一、構建帶有隔熱涂層的渦輪氣冷葉片導熱模型；步驟二、對綜合冷效θ進行解耦，獲取表征外部冷卻影響的第一函數(shù)以及表征內部冷卻影響的第二函數(shù)，并將所述第一函數(shù)與所述第二函數(shù)通過共用橫坐標x進行關聯(lián)；步驟三、分別對所述第一函數(shù)、所述第二函數(shù)通過等值線求交點進行求解，并通過共用的橫坐標x對所述第一函數(shù)以及所述第二函數(shù)進行耦合求解；步驟四、求解葉片外表面壁溫。本申請的渦輪氣冷葉片溫度場快速評估方法，需要的初始參數(shù)少，計算速度快，能夠實現(xiàn)多參數(shù)圖形化顯示。

技術領域

本申請屬于渦輪氣冷葉片領域，特別涉及一種渦輪氣冷葉片溫度場快速評估方法。

背景技術

渦輪葉片的外表面壁溫是衡量葉片工作狀態(tài)的重要指標，是葉片設計過程中的關鍵參數(shù)。但由于葉片外部流動換熱非常復雜、內部冷卻形式多樣，導致影響冷卻葉片外表面壁溫的因素繁多，包括氣膜冷卻有效性、葉片壁厚、熱障涂層壁厚、葉片導熱系數(shù)、熱障涂層導熱系數(shù)、燃氣冷氣溫度以及對流換熱系數(shù)等，且各個因素相互影響，呈強耦合狀態(tài)，難以在冷卻方案設計階段準確把握每種因素的影響規(guī)律。

現(xiàn)有的三維CFD流熱熱耦合計算雖然可以得到較為精確的葉片外表面壁溫，但是該方法不僅需要給出冷卻結構的詳細結構參數(shù)，比如氣膜孔排數(shù)、氣膜孔孔徑、氣膜孔間距等，而且需要詳細的冷氣參數(shù)，比如冷氣溫度、冷氣壓力、冷氣質量流量等，這些參數(shù)在方案設計階段只有一個大概的方向，沒法達到非常詳細的程度。并且，三維CFD耦合的每次計算都需要處理幾何模型、網格劃分和求解器設置這三個步驟，每一個步驟都需要手動做大量的設置，工作量巨大。三維CFD耦合計算花費的時間非常長，一個算例從開始到結束往往需要半個月甚至一個月的時間，如果修改多個參數(shù)進行對比，會花費幾個月的時間，反饋周期漫長。在三維CFD耦合計算中，每一個參數(shù)的更改都需要重新建模、重新分網、重新計算，修改非常繁瑣，不夠靈活。另外，三維CFD計算出來的結果是一個綜合的結果，呈現(xiàn)的是各個因素耦合作用的結果，沒法體現(xiàn)單獨一個因素在整個方案中所占的比重以及單一因素的動態(tài)影響。

因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現(xiàn)有技術的至少一個上述缺陷。

發(fā)明內容

本申請的目的是提供了一種渦輪氣冷葉片溫度場快速評估方法，以解決現(xiàn)有技術存在的至少一個問題。

本申請的技術方案是：

一種渦輪氣冷葉片溫度場快速評估方法，包括：

步驟一、構建帶有隔熱涂層的渦輪氣冷葉片導熱模型，包括：

綜合冷效θ為：

氣膜冷卻有效性η為：

葉片畢渦數(shù)Bi_m為：

涂層畢渦數(shù)Bi_t為：

由一維導熱原理，可得綜合冷效θ為：

其中，δ1為涂層厚度，λ1為涂層導熱系數(shù)，δ2為金屬壁厚度，λ2為金屬壁導熱系數(shù)，T_g為燃氣溫度，T_ce為冷氣溫度，T_w2為葉片外表面壁溫，Ta_w為葉片絕熱壁溫，h_g為燃氣側對流換熱系數(shù)，h_c為冷氣側對流換熱系數(shù)；

步驟二、對綜合冷效θ進行解耦，獲取表征外部冷卻影響的第一函數(shù)以及表征內部冷卻影響的第二函數(shù)，并將所述第一函數(shù)與所述第二函數(shù)通過共用橫坐標x進行關聯(lián)，其中，

所述第一函數(shù)為：