[發明專利]一種帶橫向氣流槽的新月沙丘型沖擊氣膜冷卻結構

在審

• 申請號: 202210182497.8
• 申請日: 2022-02-27
• 公開（公告）號: CN114458390A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 張群;范穎靜;吳智迪;楊卓蒙;夏怡真;周子豪
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種帶橫向氣流槽的新月沙丘型沖擊氣膜冷卻結構，包括帶一定厚度的壁面結構、圓柱形氣膜斜孔、新月沙丘型氣膜蓋以及橫向氣流槽。冷卻工質通過圓柱形氣膜斜孔噴出，利用射流沖擊新月沙丘型氣膜蓋內壁，有效增加了冷卻工質在氣膜蓋內壁的沖擊冷卻效果，冷卻工質一部分通過新月沙丘型氣膜蓋下段的橫向氣流槽沿展向噴出，覆蓋在熱端壁面上形成冷卻薄膜，另一部分從新月沙丘型氣膜蓋下游開孔處流出，沿流向形成冷卻氣膜。本方案可以有效提高氣膜冷卻的效果，新月沙丘型氣膜蓋可以防止冷卻工質直接通過射流與主流混合，增強冷卻氣膜的貼壁效果，橫向氣流槽的設計能夠將冷卻工質沿展向平鋪開，提高冷卻薄膜的展向均勻性。

技術領域

本發明屬于燃氣渦輪發動機技術領域，具體涉及一種帶橫向氣流槽的新月沙丘型沖擊氣膜冷卻結構。

背景技術

隨著燃氣輪機的不斷發展，燃燒效率的不斷提升，對于燃氣渦輪發動機高溫部件的耐熱性要求不斷提高，氣膜冷卻技術作為目前應用較廣泛的一種先進冷卻技術，成為了燃氣輪機領域研究的一大關鍵。氣膜冷卻技術的原理是通過表面上的氣膜孔通道，以特定的角度將冷卻工質噴出，從而在表面結構與高溫工質之間形成一層溫度較低的冷卻薄膜，起到隔絕高溫燃氣降低表面溫度的效果。

氣膜冷卻的效果會受到多方因素的影響，而影響氣膜冷卻效果的因素主要分為兩類，一類為氣動參數，例如冷卻工質與主流的吹風比、密度比、動量比、主流馬赫數等；另一類為葉片的幾何形參，例如氣膜孔的形狀和位置等。采用傳統的圓柱形氣膜孔的結構，在高吹風比的條件下，容易出現冷卻工質在氣膜孔出口處的動量過大，從而導致冷卻工質以射流的形式噴出，與主流進行摻混，同時，在氣膜孔下游形成死區，氣膜冷卻效果大大降低，改變氣膜孔的幾何形狀則是解決這一問題的有效方式。因此，逐漸出現了扇形孔、收縮擴張孔、貓耳朵孔、出口上游擴張孔、Y型孔、腰型縫孔等異性孔，出口呈擴張型的氣膜孔能夠有效降低冷卻工質的出口射流速度，減少冷卻工質的射流量，增加冷卻薄膜的貼壁效果。

本發明通過對傳統圓柱形氣膜孔進行結構優化，設計了流向氣膜孔傾斜角，同時在氣膜孔出口上方設計了新月沙丘型氣膜蓋，阻止冷卻工質以射流的形式與主流進行摻混，配合氣膜蓋下端的橫向氣流槽，能夠使得冷卻氣膜的橫向均勻性更好，擁有更好的貼壁效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提出一種帶橫向氣流槽的新月沙丘型沖擊氣膜冷卻結構。與現有的技術結構相比，本發明的優點是將傳統的圓柱形氣膜孔沿流向設置了一定的傾斜角度，用以增加流向的氣膜貼壁效果，同時在圓柱形氣膜孔上方設計了新月沙丘型氣膜蓋，減少冷卻工質的射流量，增加氣膜冷卻效果，氣膜蓋下端的橫向氣流槽則起到了增加冷卻薄膜展向均勻性的作用。

技術方案

本發明的目的在于提供一種帶橫向氣流槽的新月沙丘型沖擊氣膜冷卻結構，它能夠降低氣膜孔出口冷卻工質的射流量，增強冷卻薄膜的貼壁效果，增加氣膜的展向均勻性，從而提高壁面的氣膜冷卻效果。

本發明技術方案如下：

一種帶橫向氣流槽的新月沙丘型沖擊氣膜冷卻結構，包括帶一定厚度的壁面結構、圓柱形氣膜斜孔、新月沙丘型氣膜蓋以及橫向氣流槽，其特征在于：基于傳統的圓柱形孔壁面冷卻結構，本發明在圓柱形氣膜孔外設計了新月沙丘型氣膜蓋，可以防止冷卻工質從氣膜孔噴出后以射流形式與主流進行摻混；同時，在新月沙丘型氣膜蓋下端設計了橫向氣流槽，使得冷卻薄膜沿展向更為均勻；將傳統的圓柱形氣膜孔沿流向設計了一定傾斜角，增強冷卻薄膜沿流向的貼壁效果。

所述帶橫向氣流槽的新月沙丘型氣膜蓋，其特征在于：氣膜蓋整體構型類似于新月沙丘狀，沙丘高度為6mm，氣膜蓋壁厚為1.5mm，氣膜蓋下端兩側的橫向氣流槽起到了增加冷卻薄膜的橫向均勻性的作用，橫向氣流槽沿壁面的投影長度為8mm，氣流槽中心距氣膜蓋下游端壁的距離為6mm，氣流槽高度為2.5mm。