透平叶片双工质冷却特性的实验研究

随着燃气透平进口温度超过1500℃，以空气为冷却介质的传统叶片冷却技术存在冷却效率低、冷却剂耗量大等问题。为了突破传统叶片冷却技术的瓶颈，发展下一代高性能燃气轮机，将蒸汽和空气冷却相结合的高温涡轮叶片双工质冷却技术已成为重型燃气轮机冷却技术研究的重点和热点。文献[2—3]分析了闭式蒸汽双工质冷却技术的优势以及对循环效率的贡献。上述研究结果表明，在相同的燃烧温度下，与空气冷却叶片相比，采用闭式循环蒸汽冷却叶片，冷却效率显著提高，联合循环电站效率可提高1.5%。文献[4]采用数值模拟的方法研究了冷却工质蒸汽和空气的流量和流动方向对叶片双工质冷却效率的影响。该叶片具有5个光滑内冷通道和尾缘鳍状孔结构，从前缘起，前4个内冷通道均采用闭式蒸汽对叶片进行冷却，最后1个内冷通道与鳍状孔连通，通入其中的冷却空气由尾缘喷射到叶栅主流中。Nomoto等人实验研究了一种冷却结构简单的静叶，其冷却通道为数十个直圆孔，冷却介质为高压蒸汽。Bohn等对具有相似冷却结构的叶片进行了数值分析和叶栅风洞实验。本课题组对一具有5个光滑内冷通道的蒸汽对流冷却静叶的内、外部耦合流动换热特性进行了研究，选用r-Re转捩模型模拟了静叶表面的传热过程，并在高温涡轮叶栅风洞系统上进行了该静叶的冷效实验。上述文献的研究结果均表明，虽然叶片的主体冷却效率较高，但叶片尾缘未得到充分冷却，因而温度较高。

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