CN114458390A - 一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构，包括带一定厚度的壁面结构、圆柱形气膜斜孔、新月沙丘型气膜盖以及横向气流槽。冷却工质通过圆柱形气膜斜孔喷出，利用射流冲击新月沙丘型气膜盖内壁，有效增加了冷却工质在气膜盖内壁的冲击冷却效果，冷却工质一部分通过新月沙丘型气膜盖下段的横向气流槽沿展向喷出，覆盖在热端壁面上形成冷却薄膜，另一部分从新月沙丘型气膜盖下游开孔处流出，沿流向形成冷却气膜。本方案可以有效提高气膜冷却的效果，新月沙丘型气膜盖可以防止冷却工质直接通过射流与主流混合，增强冷却气膜的贴壁效果，横向气流槽的设计能够将冷却工质沿展向平铺开，提高冷却薄膜的展向均匀性。
Description
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构。
背景技术
随着燃气轮机的不断发展，燃烧效率的不断提升，对于燃气涡轮发动机高温部件的耐热性要求不断提高，气膜冷却技术作为目前应用较广泛的一种先进冷却技术，成为了燃气轮机领域研究的一大关键。气膜冷却技术的原理是通过表面上的气膜孔通道，以特定的角度将冷却工质喷出，从而在表面结构与高温工质之间形成一层温度较低的冷却薄膜，起到隔绝高温燃气降低表面温度的效果。
气膜冷却的效果会受到多方因素的影响，而影响气膜冷却效果的因素主要分为两类，一类为气动参数，例如冷却工质与主流的吹风比、密度比、动量比、主流马赫数等；另一类为叶片的几何形参，例如气膜孔的形状和位置等。采用传统的圆柱形气膜孔的结构，在高吹风比的条件下，容易出现冷却工质在气膜孔出口处的动量过大，从而导致冷却工质以射流的形式喷出，与主流进行掺混，同时，在气膜孔下游形成死区，气膜冷却效果大大降低，改变气膜孔的几何形状则是解决这一问题的有效方式。因此，逐渐出现了扇形孔、收缩扩张孔、猫耳朵孔、出口上游扩张孔、Y型孔、腰型缝孔等异性孔，出口呈扩张型的气膜孔能够有效降低冷却工质的出口射流速度，减少冷却工质的射流量，增加冷却薄膜的贴壁效果。
本发明通过对传统圆柱形气膜孔进行结构优化，设计了流向气膜孔倾斜角，同时在气膜孔出口上方设计了新月沙丘型气膜盖，阻止冷却工质以射流的形式与主流进行掺混，配合气膜盖下端的横向气流槽，能够使得冷却气膜的横向均匀性更好，拥有更好的贴壁效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构。与现有的技术结构相比，本发明的优点是将传统的圆柱形气膜孔沿流向设置了一定的倾斜角度，用以增加流向的气膜贴壁效果，同时在圆柱形气膜孔上方设计了新月沙丘型气膜盖，减少冷却工质的射流量，增加气膜冷却效果，气膜盖下端的横向气流槽则起到了增加冷却薄膜展向均匀性的作用。
技术方案
本发明的目的在于提供一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构，它能够降低气膜孔出口冷却工质的射流量，增强冷却薄膜的贴壁效果，增加气膜的展向均匀性，从而提高壁面的气膜冷却效果。
本发明技术方案如下：
一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构，包括带一定厚度的壁面结构、圆柱形气膜斜孔、新月沙丘型气膜盖以及横向气流槽，其特征在于：基于传统的圆柱形孔壁面冷却结构，本发明在圆柱形气膜孔外设计了新月沙丘型气膜盖，可以防止冷却工质从气膜孔喷出后以射流形式与主流进行掺混；同时，在新月沙丘型气膜盖下端设计了横向气流槽，使得冷却薄膜沿展向更为均匀；将传统的圆柱形气膜孔沿流向设计了一定倾斜角，增强冷却薄膜沿流向的贴壁效果。
所述带横向气流槽的新月沙丘型气膜盖，其特征在于：气膜盖整体构型类似于新月沙丘状，沙丘高度为6mm，气膜盖壁厚为1.5mm，气膜盖下端两侧的横向气流槽起到了增加冷却薄膜的横向均匀性的作用，横向气流槽沿壁面的投影长度为8mm，气流槽中心距气膜盖下游端壁的距离为6mm，气流槽高度为2.5mm。
所述带倾斜角的圆柱形气膜孔，其特征在于：基于传统的圆柱形气膜孔结构，将圆柱孔沿壁面流向设置一定的倾斜角度，倾斜角在35°-50°，圆柱形孔的直径为10mm，气膜孔沿流向中心间距为45mm，沿展向中心间距为35mm，带有一定倾斜角度的圆柱形孔，可以增强冷却薄膜在壁面上的贴壁效果。
本发明具有以下有益效果：
与传统的气膜冷却结构相比，本发明优点突出，主要表现在：在传统冷却气膜孔上方设计了带有横向气流槽的新月沙丘型气膜盖，气膜盖的设计可以抑制冷却工质以冲击射流的方式与主流进行掺混，防止冷却孔下游出现死区，同时，气膜盖下端两侧的横向气流槽，可以增强冷却薄膜在壁面上的展向均匀性，提高气膜冷却的效率。
本发明保留了传统的圆柱形气膜孔结构，在这一结构的基础上，将圆柱形气膜孔沿流向以一定的倾斜角度设置，增强了冷却气膜的贴壁效果，从而提高了壁面气膜冷却的效率。
附图说明
图1：本发明的正三轴测图
图2：本发明的侧视图
图3：本发明带横向气流槽的新月沙丘型气膜盖的局部放大图
图4：本发明的剖视图
图中：1-带一定厚度的壁面结构，2-新月沙丘型气膜盖，3-横向气流槽，4-圆柱形气膜斜孔。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图2、图3、图4，本发明为一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构。图1为本发明的正三轴测图，图2为本发明的侧视图，图3为本发明带横向气流槽的新月沙丘型气膜盖的局部放大图，图4为本发明的剖视图。
对带一定厚度的壁面结构1进行气膜冷却，冷却工质从壁面内的圆柱形气膜斜孔4流出，气膜孔设置的流向倾斜角可以增强冷却薄膜的贴壁效果，一部分冷却工质在气膜孔出口处会以冲击射流的形式冲击新月沙丘型气膜盖2，气膜盖能够有效的抑制冷却工质以冲击射流的形式与主流进行掺混，防止气膜孔下游出现死区，从而提高气膜冷却的效率，另一部分冷却工质则会通过新月沙丘型气膜盖2下端两侧的横向气流槽3沿壁面展向扩散，增加了冷却薄膜在壁面上的横向均匀性，从而实现提高壁面气膜冷却效果的目的。
Claims (4)
1.一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构，包括带一定厚度的壁面结构、圆柱形气膜斜孔、新月沙丘型气膜盖以及横向气流槽，其特征在于：基于传统的圆柱形孔壁面冷却结构，本发明在圆柱形气膜孔外设计了新月沙丘型气膜盖，可以防止冷却工质从气膜孔喷出后以射流形式与主流进行掺混；同时，在新月沙丘型气膜盖下端设计了横向气流槽，使得冷却薄膜沿展向更为均匀；将传统的圆柱形气膜孔沿流向设计了一定倾斜角，增强冷却薄膜沿流向的贴壁效果。
2.根据权利要求1所述的一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构，其特征在于：新月沙丘型气膜盖的整体构型呈新月沙丘状，沙丘高度为6mm，气膜盖壁厚为1.5mm，气膜盖出口呈现的形状为一个具有20mm长轴和10mm短轴的半椭圆形。
3.根据权利要求1所述的一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构，其特征在于：在新月沙丘型气膜盖的下端两侧设计了对称的横向气流槽，气流槽沿壁面的投影长度为8mm，气流槽中心距气膜盖下游端壁的距离为6mm，气流槽高度为2.5mm；横向气流槽能够将气膜盖内壁的部分冷却工质沿壁面展向平铺开，提高冷却薄膜的展向均匀性。
4.根据权利要求1所述的一种带横向气流槽的新月沙丘型冲击气膜冷却结构，其特征在于：将传统的圆柱形气膜孔沿流向设置一定的倾斜角，倾斜角度为35°-50°，圆柱型孔的直径为10mm，气膜孔沿流向中心间距为45mm，沿展向中心间距为35mm；圆柱形气膜孔保留了冷却工质从气膜孔喷出后的射流冲击特性,而沿流向增加倾斜角的目的在于，提高冷却薄膜的贴壁效果。
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