[發(fā)明專利]一種燃燒室出口的高壓渦輪冷卻葉片設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210425143.1
• 申請(qǐng)日: 2022-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114840921B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 屈云鳳;程榮輝;曹茂國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京航信高科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

1.一種考慮燃燒室出口溫度的高壓渦輪冷卻葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

計(jì)算包線內(nèi)各狀態(tài)所需的冷卻效果η，選擇所需冷卻效果最高的狀態(tài)作為設(shè)計(jì)點(diǎn)；

將燃燒室出口截面按照軸向和徑向進(jìn)行網(wǎng)格劃分，統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)點(diǎn)的燃燒室出口溫度分布，得到分布區(qū)間、概率函數(shù)以及均值；

根據(jù)燃燒室各半徑出口溫度分布，給出對(duì)應(yīng)半徑下的高壓渦輪進(jìn)口設(shè)計(jì)溫度；

進(jìn)行葉片的外形設(shè)計(jì)并計(jì)算燃?xì)鈧?cè)氣動(dòng)和換熱數(shù)據(jù)，將葉片三維葉身盆背側(cè)壁面沿徑向和弦向劃分成多個(gè)區(qū)域，計(jì)算葉片各區(qū)域冷氣側(cè)所需換熱系數(shù)；

按照冷氣側(cè)所需換熱系數(shù)，分別進(jìn)行各區(qū)域冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇各區(qū)域?qū)?yīng)的冷卻特征并完成葉片冷氣用量和壁面溫度場(chǎng)的計(jì)算；

判斷在設(shè)計(jì)點(diǎn)下葉片冷氣用量和壁面溫度是否滿足設(shè)計(jì)要求，若滿足，則建立響應(yīng)面；若不滿足，則重新進(jìn)行葉片冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；

根據(jù)設(shè)計(jì)點(diǎn)燃燒室出口溫度分布概率函數(shù)，在響應(yīng)面的基礎(chǔ)上進(jìn)行葉片壁面溫度不確定性量化分析，進(jìn)行目標(biāo)值的均值、方差和失效率分析，判斷失效率是否滿足設(shè)計(jì)要求，若滿足，則執(zhí)行下一步驟；如不滿足，則重新進(jìn)行葉片冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并重復(fù)計(jì)算；

對(duì)葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，并尋求葉片最高壁溫、溫差和冷氣用量的最優(yōu)解，完成設(shè)計(jì)。

2.如權(quán)利要求1所述的考慮燃燒室出口溫度的高壓渦輪冷卻葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述燃燒室出口截面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)點(diǎn)的燃燒室出口溫度分布的具體方法為：將燃燒室出口截面沿徑向、周向分別劃分為n1×m1的網(wǎng)格點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)的燃?xì)鉁囟缺碚鳛門ij，i表示徑向，j表示周向；統(tǒng)計(jì)相同半徑周向1至j節(jié)點(diǎn)的溫度分布；判斷其分布特征，建立分布曲線；得到分布區(qū)間、概率函數(shù)以及均值。

3.如權(quán)利要求1所述的考慮燃燒室出口溫度的高壓渦輪冷卻葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述燃?xì)鈧?cè)氣動(dòng)和換熱數(shù)據(jù)的計(jì)算方法為：按照高壓渦輪進(jìn)口設(shè)計(jì)溫度的徑向分布進(jìn)行S2、S1流面氣動(dòng)參數(shù)計(jì)算，并結(jié)合葉片外形參數(shù)，進(jìn)行葉片外換熱計(jì)算，得到葉片外換熱系數(shù)和絕熱壁溫。

4.如權(quán)利要求1所述的考慮燃燒室出口溫度的高壓渦輪冷卻葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述冷氣側(cè)所需換熱系數(shù)的計(jì)算方法為：

給定壁厚δ、導(dǎo)熱系數(shù)λ、葉片外壁壁溫T_w1、內(nèi)壁壁溫T_w2、燃?xì)鈧?cè)的溫度T_g、燃?xì)鈧?cè)的換熱系數(shù)h_g、冷氣側(cè)的溫度T_c、冷氣側(cè)的換熱系數(shù)h_c、外壁面積A_g、內(nèi)壁面積A_c、導(dǎo)熱面積A_e，得到

h_c＝((1+A′)λh_g(T_g-T_w1))/(λ(A′+A′²)(T_w1-T_c)-2A′δh_g(T_g-T_w1))。

5.如權(quán)利要求1所述的考慮燃燒室出口溫度的高壓渦輪冷卻葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述冷氣用量和壁面溫度的設(shè)計(jì)要求為：

葉片用氣量限定目標(biāo)；

葉片最高外壁溫+裕度材料初熔溫度；

葉片壁面平均溫度材料許用溫度。

6.權(quán)利要求1所述的考慮燃燒室出口溫度的高壓渦輪冷卻葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述失效率的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：P＝np/N3％：N為模擬總次數(shù)，np為葉片壁溫不滿足要求的次數(shù)。

7.如權(quán)利要求1所述的考慮燃燒室出口溫度的高壓渦輪冷卻葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述葉片溫差的計(jì)算方法為：

8.如權(quán)利要求1所述的考慮燃燒室出口溫度的高壓渦輪冷卻葉片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述葉片區(qū)域的具體劃分方法為：按照葉型形狀和尺寸，并結(jié)合換熱系數(shù)分布，沿葉片徑向和弦向劃分成n2×m2個(gè)小塊，n2為3-7，m2為4-10。