一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，该带冠漩涡发生器由两侧肋板以及连接两侧肋板的冠形部分组成，该结构不仅可以增强冷却流体沿着壁面横向方向的扩散程度，还可以诱导冷却孔下游流场产生抑制流场中肾形涡对发展的漩涡结构，降低冷却孔下游冷却流体的抬升高度，形成有利于壁面冷却气膜覆盖的流场结构，增强冷却流体的附壁性，从而有效地提高燃气轮机和航空发动机高温壁面的气膜冷却性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器
本技术属于燃气轮机和航空发动机
，具体涉及一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，可以提高燃气轮机和航空发动机透平等高温部件的气膜冷却性能。
技术介绍
目前，提升透平进口燃气温度是提高燃气轮机和航空发动机热效率的有效方法。在燃气轮机和航空发动机中，透平、燃烧室等高温部件的工作温度早已超过金属材料的可承受范围，亟需先进的冷却技术对高温部件进行热防护。气膜冷却是目前燃气轮机和航空发动机领域广泛应用的一种冷却方式，其原理是利用冷却孔内喷出的冷却射流产生气膜，对下游壁面进行冷却。然而，在传统的气膜冷却装置中，冷却射流从气膜孔喷出后主要集中在孔中心的下游，难以沿壁面横向方向扩散；其次，在高吹风比条件下，由于孔下游肾形涡对的形成，冷却射流会迅速从冷却孔的下游卷起，脱离壁面，从而恶化气膜冷却性能。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于提供一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，实现冷却孔下游壁面冷却气膜的有效覆盖，从而降低高温部件运行的温度，保证燃气轮机和航空发动机热端部件的高效、安全可靠运行。为解决上述的技术问题，本技术采用以下技术方案：一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，该带冠漩涡发生器布置在燃气轮机和航空发动机高温部件壁面的冷却孔下游，包括两侧肋板以及连接两侧肋板的冠形部分。本技术进一步的改进在于，两侧肋板以及冠形部分均为四边形结构。本技术进一步的改进在于，冠形部分迎风面与背风面之间的连接有设定的高度差，冠形部分与肋板连接有设定的倾斜角度。本技术进一步的改进在于，在不考虑厚度的情况下，该带冠漩涡发生器的几何控制参数包括以下四个：a.肋板上的最小横向坐标点A与在冷却孔中心线上的坐标点O形成的线段OA与冷却孔中心线形成的控制角度β在30°～75°之间，坐标O点是A点沿肋板放置方向延伸与中心线的交点；b.肋板上最大法向坐标点B与坐标点A之间的距离X在0.25D～0.55D之间，D为冷却孔直径或等效直径；c.冠形部分上的最大法向坐标点B与最大横向坐标点C之间的距离Y在0D～0.3D之间；d.肋板上的最小横向坐标点A与最大横向坐标点E之间的距离Z在0.4D～0.7D之间。本技术进一步的改进在于，冷却孔与被冷却壁面之间的夹角α为20°～50°。本技术进一步的改进在于，对于常规圆孔直径为D时，控制角度β为45°，肋板高度X为0.4D，冠形部分高度差Y为0.15D，肋板长度Z为0.4D时的组合效果最佳，气膜冷却性能地提升最为显著。本技术具有以下优点及突出性的技术效果：1.增强了冷却流体沿着壁面横向方向的扩散程度。2.带冠漩涡发生器产生的漩涡可以抑制流场中肾形涡对的发展，降低冷却流体的中心高度，形成有利于气膜冷却覆盖的流场结构，增强冷却流体的附壁性从而有效的提高壁面气膜冷却性能。综上所述，本技术提供的一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，一方面可有效增强冷却流体沿着壁面横向方向的扩散程度，另一方面可抑制流场中肾形涡对的发展、降低冷却气流抬升的高度，从而有效地增强燃气轮机和航空发动机高温壁面的气膜冷却性能。附图说明图1为本技术的带冠漩涡发生器三维结构的示意图；图2为本技术的带冠漩涡发生器的俯视图；图3为本技术的带冠漩涡发生器的前视图；图4为本技术的另外一种变形的带冠漩涡发生器三维结构示意图；图5为本技术的带冠漩涡发生器应用于平板气膜冷却的结构示意图；附图标记说明：1-两侧肋板；2-冠形部分；3-冷却孔；4-冷却气体；5-被冷却壁面；6-高温主流气体。具体实施方式这里将结合附图详细的对本技术进行说明，以下的描述过程中，不同附图中相同的数字表示相同的要素。应当理解，以下示例性实例中所进行描述以及说明仅用来解释本技术，并不作为对本技术的限定。本技术提供的一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，其基本几何特征如图1、图2、图3所示。该带冠漩涡发生器布置在冷却孔3的下游，由两侧肋板1以及冠形部分2组成。所述两侧肋板部分为四边形结构，肋板的迎风面与背风面之间有一定的高度差。所述连接至两侧肋板1的冠形部分2同样为四边形结构，冠形部分2迎风面与背风面之间的连接有一定的高度差，冠形部分2与肋板部分1连接有一定倾斜角度。图2是带冠漩涡发生器以及冷却孔通流部分的俯视图，图3是带冠漩涡发生器的前视图。在不考虑厚度的情况下，带冠漩涡发生器的几何控制参数包括以下四个：a.肋板的放置角度为30°～75°，即：肋板上的最小横向坐标点A与在冷却孔中心线上的坐标点O形成的线段OA与冷却孔中心线形成的控制角度β在30°～75°之间，O点是A点沿肋板放置方向延伸与中心线的交点；b.肋板的高度范围为0.25D～0.55D(D为冷却孔直径或等效直径)，即：在不考虑厚度的情况下，肋板上最大法向坐标点B与坐标点A之间的距离X在0.25D～0.55D之间；c.冠形部分与肋板之间的连接有一定的倾斜角度,实质上是肋板迎风面与背风面之间的高度差引起的，此高度差的范围为0D～0.3D，即：冠形部分上的最大法向坐标点B与最大横向坐标点C之间的距离Y在0D～0.3D之间(D为冷却孔直径或等效直径)；d.肋板的长度范围为0.4D～0.7D(D为冷却孔直径或等效直径),即：肋板上的最小横向坐标点A与最大横向坐标点E之间的距离Z在0.4D～0.7D之间。图4给出了本技术的一种变形的带冠漩涡发生器的三维结构示意图，其控制角度β为60°，距离X、Y、Z分别取极限值0.55D、0.3D、0.7D(D为冷却孔直径或等效直径)。对于常规圆孔直径为D时，肋板放置角度为45°，肋板高度为0.4D，冠形部分高度差为0.15D，肋板长度为0.4D时的组合效果最佳，高温壁面的气膜冷却性能增强效果最为显著。图5为本技术带冠漩涡发生器应用于平板气膜冷却上的应用实例。由冷却孔3喷射出的冷却气体4流经本技术带冠漩涡发生器后，冷却气流在降低了中心高度的同时增强了横向方向的扩散程度，在被冷却壁面5上形成有效的冷却气膜，最终与高温主流气体6相互掺混并耗散。高温壁面的气膜冷却性能取决于冷却孔3下游气膜区的流场形态。本技术的带冠漩涡发生器通过对冷却孔下游流场的扰动，增强冷却流体沿着壁面横向方向的扩散程度，产生可以抑制流场中肾形涡对发展的漩涡结构，降低了冷却孔下游冷却流体的抬升高度，在冷却孔下游形成了有利于冷却气膜覆盖的流场结构，增强了冷却流体的附壁性，从而有效地提高了燃气轮机和航空发动机高温壁面的气膜冷却性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，其特征在于，该带冠漩涡发生器布置在燃气轮机和航空发动机高温部件壁面的冷却孔下游，包括两侧肋板以及连接两侧肋板的冠形部分。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，其特征在于，该带冠漩涡发生器布置在燃气轮机和航空发动机高温部件壁面的冷却孔下游，包括两侧肋板以及连接两侧肋板的冠形部分。


2.根据权利要求1所述的一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，其特征在于，两侧肋板以及冠形部分均为四边形结构。


3.根据权利要求2所述的一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，其特征在于，冠形部分迎风面与背风面之间的连接有设定的高度差，冠形部分与肋板连接有设定的倾斜角度。


4.根据权利要求2所述的一种用于增强壁面冷却性能的带冠漩涡发生器，其特征在于，在不考虑厚度的情况下，该带冠漩涡发生器的几何控制参数包括以下四个：a.肋板上的最小横向坐标点A与在冷却孔中心线上的坐标点O形成的线段OA与冷却孔中心线形成的控制角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏鑫，萨达姆·侯赛因，张子寒，何坤，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61