[發明專利]一種分段式氣膜冷卻孔及其設計方法

在審

• 申請號: 202110944927.0
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113623015A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 袁新;吳銘;蘇欣榮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18;F01D5/14
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張夢瑤

1.一種分段式氣膜冷卻孔，其特征在于，包括由入口處的直孔段逐漸通過展向和流向兩個方向的擴張過渡為鏟斗形狀，其中包括第一擴張鏟斗型孔和第二擴張鏟斗型孔；

所述第一擴張鏟斗型孔前接所述直孔段，其前端為與所述直孔段形狀一致孔型；后接所述第二擴張鏟斗型孔，其中后端為與所述第二擴張鏟斗型孔前端形狀一致孔型；從所述第一擴張鏟斗型孔出口的正上方向下看，入口為橢圓形出口為矩形；所述第二擴張鏟斗型孔入口為矩形，出口為孔鏟斗型結構；

其中所述第一擴張鏟斗型孔的第一擴張段長度L₂₁和所述第二擴張鏟斗型孔的第二擴張段長度L₂₂的總和與直孔段長度L₁的比值為1.4∶1；所述第一擴張段長度L₂₁不大于所述直孔段長度L₁；所述第一擴張段長度L₂₁的最小值與所述直孔段長度L₁的比值為1∶5。

2.根據權利要求1所述的分段式氣膜冷卻孔，其特征在于，所述分段式氣膜冷卻孔射流出流方向與壁面夾角為射流角α為30°；所述第一擴張鏟斗型孔相對射流方向流向擴張的角度為第一后傾角β_back1，相對射流方向橫向擴張的角度為第一側擴角β_lateral1；所述第二擴張鏟斗型孔相對射流方向流向擴張的角度為第二后傾角β_back2，相對射流方向橫向擴張的角度為第二側擴角β_lateral2；所述第一后傾角β_back1與所述第一側擴角β_lateral1均為7°-14°。

3.根據權利要求2所述的分段式氣膜冷卻孔，其特征在于，所述第二后傾角β_back2不小于所述第一后傾角β_back1；所述第二后傾角β_back2為所述第一后傾角β_back1-14°。

4.根據權利要求3所述的分段式氣膜冷卻孔，其特征在于，所述第二側擴角β_lateral2不小于所述第一側擴角β_lateral1；所述第二側擴角β_lateral2的角度為所述第一側擴角β_lateral1-14°。

5.根據權利要求3所述的分段式氣膜冷卻孔，其特征在于，所述第二側擴角β_lateral2等于第一側擴角β_lateral1。

6.根據權利要求3-5任一所述的分段式氣膜冷卻孔，其特征在于，所述直孔段孔徑D為1mm。

7.根據權利要求6所述的分段式氣膜冷卻孔，其特征在于，所述直孔段長度L₁為2.5mm。

8.根據權利要求7所述的分段式氣膜冷卻孔，其特征在于，所述第一擴張段長度L₂₁和所述第二擴張段長度L₂₂的總和為3.5mm。

9.根據權利要求6所述的分段式氣膜冷卻孔，其特征在于，所述氣膜冷卻孔之間的間距孔間距P為所述孔徑D的6倍。

10.根據權利要求9所述分段式氣膜冷卻孔的設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)根據實際加工需求確定所述孔徑和孔間距P；

(2)射流角α為30°，所述直孔段長度L₁為2.5mm，根據所述直孔段長度L₁，以及所述第二擴張段長度L₂₂和所述第一擴張段長度L₂₁總和分別限定所述第二擴張段長度L₂₂和所述第一擴張段長度L₂₁范圍值；

(3)限定所述第一后傾角β_back1、所述第二后傾角β_back2、所述第一側擴角β_lateral1和所述第二側擴角β_lateral2范圍值；

(4)通過采用代理模型優化的方法，利用遺傳算法尋優，基于大量數值計算結果對各參數進行優化驗證。