CN113309578A - 一种新型带槽扰流柱结构 - Google Patents

一种新型带槽扰流柱结构 Download PDF

Info

Publication number
CN113309578A
CN113309578A CN202110545426.5A CN202110545426A CN113309578A CN 113309578 A CN113309578 A CN 113309578A CN 202110545426 A CN202110545426 A CN 202110545426A CN 113309578 A CN113309578 A CN 113309578A
Authority
CN
China
Prior art keywords
end surface
column
turbulence
turbulence column
middle section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110545426.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113309578B (zh
Inventor
宣文韬
杨卫华
魏景涛
顾豪
李承阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Publication of CN113309578A publication Critical patent/CN113309578A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113309578B publication Critical patent/CN113309578B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型带槽扰流柱结构，扰流柱包括:第一扰流柱和第二扰流柱，第一扰流柱的上端面和下端面均呈圆形，其中间截面呈椭圆形，该中间截面的面积小于第一扰流柱上下两个端面的面积，第一扰流柱的上下两个端面至中间截面均为线性光滑过渡；第二扰流柱的上端面和下端面呈椭圆形，其中间截面呈圆形，该中间截面的面积大于第二扰流柱上下两个端面的面积，第二扰流柱的上下两个端面至中间截面均为线性光滑过渡；第一扰流柱和第二扰流柱进行叉排布置，本发明流阻较小，强化换热作用明显。

Description

一种新型带槽扰流柱结构
技术领域
本发明涉及航空发动机涡轮叶片强化换热技术领域，特别是涉及一种新型带槽扰流柱结构。
背景技术
航空发动机的推力/功率逐年提高，使涡轮叶片的工作温度逐年增高，过高的温度会使涡轮叶片发生蠕变甚至变形，严重威胁到发动机的安全。如何降低涡轮叶片的表面温度成为科学研究的热点，采用扰流柱使得涡轮叶片内部通道强化换热是一种途径。
现有扰流柱结构在特定的场合下能起到增强局部换热的作用，但增强换热能力有限、流动损失比较大或者制造加工比较繁琐，现有结构仍然有可以改进的地方。如果提供一种有效强化换热并且流动阻力较小的扰流柱结构，将会在航空发动机热防护领域派上用场。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型带槽扰流柱结构，用以达到强化换热的效果，并且不增加流动阻力，使得流动阻力较小。
为达到此目的，本发明提供如下的技术方案：
一种新型带槽扰流柱结构，包括：上壁面、下壁面和扰流柱，所述上壁面和所述下壁面构成冷却通道，所述扰流柱的上端面与所述上壁面固连，所述扰流柱的下端面与所述下壁面固连，所述扰流柱在其迎流方向上设有贯穿的通孔；所述扰流柱的上端面以及下端面在其迎流方向上还设有贯穿的槽；
所述扰流柱包括:第一扰流柱和第二扰流柱，其中，
所述第一扰流柱的上端面和下端面均呈圆形，其中间截面呈椭圆形，该中间截面的面积小于所述第一扰流柱上下两个端面的面积，所述第一扰流柱的上下两个端面至中间截面均为线性光滑过渡；所述第一扰流柱的上端面和下端面的圆心，以及其中间截面的长轴均在同一剖面上，并且所述第一扰流柱关于该剖面对称；
所述第二扰流柱的上端面和下端面呈椭圆形，其中间截面呈圆形，该中间截面的面积大于所述第二扰流柱上下两个端面的面积，所述第二扰流柱的上下两个端面至中间截面均为线性光滑过渡；所述第二扰流柱的上下两个端面的长轴，以及其中间截面的圆心均在同一剖面上，并且所述第二扰流柱关于该剖面对称。
进一步的，所述第一扰流柱上端面以及下端面上设置的槽为扩张槽，所述扩张槽中相对较小的槽口为进气口，所述进气口正对所述冷却通道的进气端，所述扩张槽中相对较大的槽口为排气口，所述排气口正对所述冷却通道的排气端。
进一步的，所述扩张槽的高度与所述扩张槽的进气口的宽度相等，并且为所述扩张槽的排气口宽度的一半；
所述第一扰流柱上端面和下端面的半径相同，并且是所述扩张槽高度的三倍；
所述第一扰流柱中间截面的长轴与短轴的长度之比为2:1，并且该长轴的长度与所述第一扰流柱上端面以及下端面的直径的长度相同。
进一步的，对于所述第一扰流柱，所述扩张槽的对称轴与所述第一扰流柱的上端面和下端面的圆心，以及其中间截面的长轴均在同一剖面上。
进一步的，所述第二扰流柱的上端面以及下端面的长轴长度与所述第二扰流柱中间截面的直径长度相等，并且所述第二扰流柱的上端面以及下端面的长轴与短轴长度之比为2:1。
进一步的，所述第二扰流柱的上端面以及下端面上设置的槽为直槽，并且该槽的纵截面呈正方形；
所述第二扰流柱槽口的边长长度为所述第二扰流柱上端面以及下端面短轴长度的1/3。
进一步的，对于所述第二扰流柱，所述直槽的对称轴与所述第二扰流柱的上下两个端面的长轴，以及其中间截面的圆心均在同一剖面上。
进一步的，所述通孔设置在所述扰流柱中截面位置处，该通孔为圆孔，并且该圆孔的轴线穿过所述扰流柱中截面的对称轴，对于所述第一扰流柱，该圆孔的直径为所述第一扰流柱上下端面直径的1/6，对于所述第二扰流柱，该圆孔的直径为所述第二扰流柱上下端面长轴的1/6。
进一步的，所述第一扰流柱与所述第二扰流柱在所述冷却通道中为叉排的排列方式，并且在迎流方向上，所述第一扰流柱与所述第二扰流柱全贴合。
本发明的有益效果是：
1、本发明的带扩张槽的扰流柱结构排列紧凑，增强换热效果比较好。
2、本发明的带扩张槽的扰流柱结构相比同体积圆形扰流柱迎风角度更小，上下端面到中截面均为线性光滑过渡，中截面开通孔，减小了流动损失。
3、本发明的带扩张槽的扰流柱结构有针对性将直槽调整成扩张型槽，有效冲刷扰流柱后的分离涡，减少了流动损失，增强了局部换热。
附图说明
图1为实施例1中一种新型带槽扰流柱结构的结构示意图。
图2为实施例1中第一扰流柱的结构示意图。
图3为实施例1中第二扰流柱的结构示意图。
图4为实施例1中第一扰流柱与第二扰流柱排列示意图。
图5为实施例1中一种新型带槽扰流柱结构的俯视图。
图6为实施例1中一种新型带槽扰流柱结构的左视图。
图中：1-上壁面、2-下壁面、3-扰流柱、31-第一扰流柱、32-第二扰流柱、4-冷却通道、5-通孔、6-上端面、7-下端面、8-中间截面、9-扩张槽、10-进气口、11-排气口、12-直槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1-图6，本实施例1提供一种新型带槽扰流柱结构，包括：上壁面1、下壁面2和扰流柱3，上壁面和下壁面构成冷却通道4，扰流柱3的上端面与上壁面1固连，扰流柱3的下端面与下壁面2固连，扰流柱3在其迎流方向上设有贯穿的通孔5，该通孔5设置在扰流柱3中截面位置处，并且该通孔5为圆孔；扰流柱3的上端面以及下端面在其迎流方向上还设有贯穿的槽；
具体的说，在本实施例中，扰流柱包括:第一扰流柱31和第二扰流柱32。
第一扰流柱31的上端面6和下端面7均呈圆形，其中间截面8呈椭圆形，该中间截面的面积小于第一扰流柱上下两个端面的面积，第一扰流柱的上下两个端面至中间截面均为线性光滑过渡。
第一扰流柱上端面以及下端面上设置的槽为扩张槽9，扩张槽中相对较小的槽口为进气口10，进气口正对冷却通道的进气端，扩张槽中相对较大的槽口为排气口11，排气口正对冷却通道的排气端。
具体的说，在本实施例中，第一扰流柱的上端面和下端面的圆心，中间截面的长轴，以及该扩张槽的中轴线，均在同一剖面上，并且该第一扰流柱关于该剖面左右对称。
第二扰流柱32的上端面和下端面呈椭圆形，其中间截面呈圆形，该中间截面的面积大于第二扰流柱上下两个端面的面积，第二扰流柱的上下两个端面至中间截面均为线性光滑过渡。
第二扰流柱的上端面以及下端面上设置的槽为直槽12，并且该槽的纵截面呈正方形。
具体的说，在本实施例中，第二扰流柱的上端面和下端面的长轴，中间截面的圆心，以及该直槽的中轴线均在同一剖面上，并且该第二扰流柱关于该剖面左右对称。
经过数值仿真，其结果显示，在本实施例中，在迎流方向上，对于第一扰流柱的上下端面设置贯穿的扩张槽，以及对于第一扰流柱的上下端面设置贯穿的直槽，该种设计方式，相对于现有技术中不设置槽体的设计，流动阻力减少了41％。
更具体的说，在本实施例中，第一扰流柱与第二扰流柱在冷却通道中为叉排的排列方式，并且在迎流方向上，第一扰流柱与第二扰流柱全贴合；也即是，第一排均设置第二扰流柱，第二排均设置第一扰流柱，然后第三排均设置第二扰流柱，第四排均设置第一扰流柱，依次设置，直至排列满扰流柱。
排与排之间的间隔为2R，也即是流向间距为2R，每排中，扰流柱之间的间隔为R，也即是展向间距为R，并且在迎流方向上，排与排进行交错设置，使得第一扰流柱与第二扰流柱全贴合，具体的说：令迎流方向为横向方向，垂直与迎流方向为纵向方向，第一排设置多个第二扰流柱，排中，第二扰流柱之间的间隔为R，第二排设置多个第一扰流柱，第一扰流柱之间的间隔同样为R，第一排与第二排之间的间隔为2R，需要注意的是，第二排中的第一扰流柱在纵向方向上，第二排的扰流柱设置在第一排扰流柱的空隙之间，在其之后的扰流柱，均以上述的设置方式进行设置，使得第一扰流柱与第二扰流柱全贴合。经过数值仿真，其结果显示，在本实施例中，按这种方案实施，相比圆形扰流柱能够降低72％的流动阻力，并能提高22％的换热能力。
当冷却气流流入冷却通道，流经扰流柱群，第一排扰流柱为第二扰流柱，一部分气流从第二扰流柱之间的间隙流向下一排扰流柱，另一部分气流从第一扰流柱的顶部或底部的直槽和中截面的圆孔流向下一排扰流柱，第二排扰流柱为第一扰流柱，一部分气流从第一扰流柱之间的间隙流过，另一部分气流从第一扰流柱的顶部或底部的扩张槽和中截面的圆孔流过。
在本实施例中，第一扰流柱和第二扰流柱的上下端面的距离为H，第一扰流柱上下端面的直径为2R，扩张槽入口的宽度和高度为L，出口的高度仍然为L，出口的宽度为2L。
第二扰流柱上下端面椭圆的长轴长度为2R，短轴长度为R，直槽的宽度和高度为L，同一排的扰流柱之间的距离为R。数值仿真结果显示，与圆形扰流柱对比，本实施例的设计能够降低73％的流动阻力，并能提高16％的换热能力。
在本实施例中，如上所说，通孔设置在扰流柱中截面位置处，对于第一扰流柱，该通孔的轴线与中截面椭圆的长轴重合，对于对于第二扰流柱，该通孔的轴线穿过中截面的圆心。在本实施例中，该通孔的直径为R/3，经过数值仿真结果显示，本实施例在中截面上设置通孔，相比不设通孔时流动阻力减少了4％。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型带槽扰流柱结构，包括：上壁面、下壁面和扰流柱，所述上壁面和所述下壁面构成冷却通道，所述扰流柱的上端面与所述上壁面固连，所述扰流柱的下端面与所述下壁面固连，所述扰流柱在其迎流方向上设有贯穿的通孔；其特征在于，所述扰流柱的上端面以及下端面在其迎流方向上还设有贯穿的槽；
所述扰流柱包括:第一扰流柱和第二扰流柱，其中，
所述第一扰流柱的上端面和下端面均呈圆形，其中间截面呈椭圆形，该中间截面的面积小于所述第一扰流柱上下两个端面的面积，所述第一扰流柱的上下两个端面至中间截面均为线性光滑过渡；所述第一扰流柱的上端面和下端面的圆心，以及其中间截面的长轴均在同一剖面上，并且所述第一扰流柱关于该剖面对称；
所述第二扰流柱的上端面和下端面呈椭圆形，其中间截面呈圆形，该中间截面的面积大于所述第二扰流柱上下两个端面的面积，所述第二扰流柱的上下两个端面至中间截面均为线性光滑过渡；所述第二扰流柱的上下两个端面的长轴，以及其中间截面的圆心均在同一剖面上，并且所述第二扰流柱关于该剖面对称。
2.根据权利要求1所述的一种新型带槽扰流柱结构，其特征在于：
所述第一扰流柱上端面以及下端面上设置的槽为扩张槽，所述扩张槽中相对较小的槽口为进气口，所述进气口正对所述冷却通道的进气端，所述扩张槽中相对较大的槽口为排气口，所述排气口正对所述冷却通道的排气端。
3.根据权利要求2所述的一种新型带槽扰流柱结构，其特征在于：
所述扩张槽的高度与所述扩张槽的进气口的宽度相等，并且为所述扩张槽的排气口宽度的一半；
所述第一扰流柱上端面和下端面的半径相同，并且是所述扩张槽高度的三倍；
所述第一扰流柱中间截面的长轴与短轴的长度之比为2:1，并且该长轴的长度与所述第一扰流柱上端面以及下端面的直径的长度相同。
4.根据权利要求2所述的一种新型带槽扰流柱结构，其特征在于：对于所述第一扰流柱，所述扩张槽的对称轴与所述第一扰流柱的上端面和下端面的圆心，以及其中间截面的长轴均在同一剖面上。
5.根据权利要求1所述的一种新型带槽扰流柱结构，其特征在于：
所述第二扰流柱的上端面以及下端面的长轴长度与所述第二扰流柱中间截面的直径长度相等，并且所述第二扰流柱的上端面以及下端面的长轴与短轴长度之比为2:1。
6.根据权利要求5所述的一种新型带槽扰流柱结构，其特征在于：
所述第二扰流柱的上端面以及下端面上设置的槽为直槽，并且该槽的纵截面呈正方形；
所述第二扰流柱槽口的边长长度为所述第二扰流柱上端面以及下端面短轴长度的1/3。
7.根据权利要求6所述的一种新型带槽扰流柱结构，其特征在于：
对于所述第二扰流柱，所述直槽的对称轴与所述第二扰流柱的上下两个端面的长轴，以及其中间截面的圆心均在同一剖面上。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的一种新型带槽扰流柱结构，其特征在于：所述通孔设置在所述扰流柱中截面位置处，该通孔为圆孔，并且该圆孔的轴线穿过所述扰流柱中截面的对称轴，对于所述第一扰流柱，该圆孔的直径为所述第一扰流柱上下端面直径的1/6，对于所述第二扰流柱，该圆孔的直径为所述第二扰流柱上下端面长轴的1/6。
9.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的一种新型带槽扰流柱结构，其特征在于：所述第一扰流柱与所述第二扰流柱在所述冷却通道中为叉排的排列方式，并且在迎流方向上，所述第一扰流柱与所述第二扰流柱全贴合。
CN202110545426.5A 2021-03-22 2021-05-19 一种新型带槽扰流柱结构 Active CN113309578B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2021103025829 2021-03-22
CN202110302582 2021-03-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113309578A true CN113309578A (zh) 2021-08-27
CN113309578B CN113309578B (zh) 2022-04-05

Family

ID=77373906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110545426.5A Active CN113309578B (zh) 2021-03-22 2021-05-19 一种新型带槽扰流柱结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113309578B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115492643A (zh) * 2022-11-15 2022-12-20 中国航发沈阳发动机研究所 一种航空发动机涡轮导向叶片缘板冷却结构
EP4275902A1 (en) * 2022-05-11 2023-11-15 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger core layer

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120207591A1 (en) * 2011-02-15 2012-08-16 Ching-Pang Lee Cooling system having reduced mass pin fins for components in a gas turbine engine
US20170356696A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-14 Hamilton Sundstrand Corporation Complex pin fin heat exchanger
JP2019078224A (ja) * 2017-10-25 2019-05-23 三菱重工業株式会社 ピンフィン、ピンフィン群及びタービン翼
CN109931114A (zh) * 2019-03-15 2019-06-25 南京航空航天大学 一种新型冲击冷却扰流结构
CN109944645A (zh) * 2019-03-25 2019-06-28 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片强化换热的扰流柱结构
CN211202061U (zh) * 2019-11-18 2020-08-07 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片尾缘的新型扰流柱结构
US20210131289A1 (en) * 2019-11-05 2021-05-06 Honeywell International Inc. Turbine component with dust tolerant cooling system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120207591A1 (en) * 2011-02-15 2012-08-16 Ching-Pang Lee Cooling system having reduced mass pin fins for components in a gas turbine engine
US20170356696A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-14 Hamilton Sundstrand Corporation Complex pin fin heat exchanger
JP2019078224A (ja) * 2017-10-25 2019-05-23 三菱重工業株式会社 ピンフィン、ピンフィン群及びタービン翼
CN109931114A (zh) * 2019-03-15 2019-06-25 南京航空航天大学 一种新型冲击冷却扰流结构
CN109944645A (zh) * 2019-03-25 2019-06-28 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片强化换热的扰流柱结构
US20210131289A1 (en) * 2019-11-05 2021-05-06 Honeywell International Inc. Turbine component with dust tolerant cooling system
CN211202061U (zh) * 2019-11-18 2020-08-07 南京航空航天大学 一种用于涡轮叶片尾缘的新型扰流柱结构

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4275902A1 (en) * 2022-05-11 2023-11-15 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger core layer
CN115492643A (zh) * 2022-11-15 2022-12-20 中国航发沈阳发动机研究所 一种航空发动机涡轮导向叶片缘板冷却结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN113309578B (zh) 2022-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113309578B (zh) 一种新型带槽扰流柱结构
CN104791020B (zh) 一种具有纵向相交肋冷却结构的燃气透平叶片
CN109751090B (zh) 导向叶片及具有其的涡轮导向器
CN112746870B (zh) 一种间断的波浪肋冷却结构
CN112985151B (zh) 一种紧凑型的高效换热器结构
CN112112687A (zh) 一种用于改善气膜冷却效果的涡流发生器
CN112145234A (zh) 一种ω型回转腔层板冷却结构
CN211202061U (zh) 一种用于涡轮叶片尾缘的新型扰流柱结构
CN204609950U (zh) 一种具有纵向相交肋冷却结构的燃气透平叶片
CN113565573A (zh) 内部冷却通道仿蜂窝排布的涡轮叶片及燃气轮机
CN214170628U (zh) 一种用于涡轮叶片冷却的球凹结构
CN110761845A (zh) 一种用于涡轮叶片尾缘的新型扰流柱结构
CN212130558U (zh) 一种带有截断肋的尾缘半劈缝的涡轮叶片结构
CN111335963B (zh) 一种翼型扰流柱结构及涡轮叶片
CN216642214U (zh) 涡轮叶片中弦区用高堵塞比肋片层板冷却结构
CN115013075A (zh) 一种防滑花纹状扰流肋及涡轮叶片
CN113153443B (zh) 一种用于涡轮叶片内部冷却的哑铃状扰流柱结构
CN109763868A (zh) 一种新型分叉气膜孔
CN210105928U (zh) 一种新型冲击冷却扰流结构
CN114382553A (zh) 涡轮叶片中弦区用高堵塞比肋片层板冷却结构及冷却方法
CN209925033U (zh) 一种用于涡轮叶片强化换热的扰流柱结构
CN211370561U (zh) 一种进气道
CN107191230B (zh) 一种叶片冷却微通道结构
CN112746872A (zh) 适用于涡轮叶片尾缘部分的贯通式连续折板结构
CN113738452B (zh) 一种用于涡轮叶片的内冷通道冷却结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant