平板气膜冷却热固耦合特性的分析.PDF

　 第４８卷　 第 １期 山　 东　 大　 学　 学　 报　 (工　 学　 版) ２０１８年２月　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ.４８　 Ｎｏ.１ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＡＮＤＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ (ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ) Ｆｅｂ. ２０１８　 　 文章编号:１６７２￣３９６１(２０１８)０１￣００６５￣０６　 　 　 ＤＯＩ:１０６０４０/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７２￣３９６１０２０１７０６８ 平板气膜冷却热固耦合特性的分析 １ ２∗ 王湛 ꎬ张超 (１. 山东大学能源与动力工程学院ꎬ山东 济南 ２５００６１ꎻ２. 天津理工大学机械工程学院ꎬ天津 ３００３８４) 摘要:为分析气膜冷却方法的综合冷却效果和可靠性ꎬ采用热弹耦合的计算方法对带气膜孔平板的冷却过程进行数值模拟ꎬ 获得平板内部温度和热应力的分布特征ꎬ比较不同吹风比和不同气膜孔型对冷却效果的影响ꎮ 结果表明:内部冷却和金属导 热使固体内部温度分布较为均匀ꎬ热应力集中在气膜孔的前缘和尾缘ꎮ 与传统圆孔相比ꎬ扇形孔和双射流孔能够显著提高冷 却效率并降低热应力ꎮ 该结果可为燃气涡轮叶片的冷却设计提供参考ꎮ 关键词:燃气涡轮ꎻ气膜冷却ꎻ孔型ꎻ热固耦合ꎻ热应力 中图分类号:ＴＫ２２５　 　 　 文献标志码:Ａ 引用格式:王湛ꎬ张超. 平板气膜冷却热固耦合特性的分析[Ｊ]. 山东大学学报(工学版)ꎬ２０１８ꎬ４８(１):６５￣７０. ＷＡＮＧ ＺｈａｎꎬＺＨＡＮＧ Ｃｈａｏ. Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ￣ｓｏｌｉｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｉｔｙ ｏｆ ｆｌａｔ￣ｐｌａｔｅ ｆｉｌｍ ｃｏｏｌｉｎｇ[Ｊ]. Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ (Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ)ꎬ２０１８ꎬ４８(１):６５￣７０. Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ￣ｓｏｌｉｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｉｔｙ ｏｆ ｆｌａｔ￣ｐｌａｔｅ ｆｉｌｍ ｃｏｏｌｉｎｇ １ ２∗ ＷＡＮＧ Ｚｈａｎ ꎬＺＨＡＮＧ Ｃｈａｏ (１. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈａｎｄｏｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＪｉｎａｎ ２５００６１ꎬＳｈａｎｄｏｎｇꎬＣｈｉｎａꎻ ２. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＴｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＴｉａｎｊｉｎ ３００３８４ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｆｉｌｍｃｏｏｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄꎬｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ￣ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌａｔ ｐｌａｔｅ ｗｉｔｈ ｆｉｌｍ ｃｏｏｌｉｎｇ ｈｏｌｅｓ. Ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄꎬａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｌｏｗｉｎｇ ｒａｔｉｏｓａｎｄ ｈｏｌｅ ｔｙｐｅｓ ｗａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｉｎｎｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｔａｌ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎꎬｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｓｅｎｔｒａｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ ａｎｄ ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｈｏｌｅ. Ｃｏｎｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｏｕｎｄｈｏｌｅꎬｔｈｅ ｆａｎ￣ｓｈａｐｅｄ ａｎｄ