本发明专利技术一种用于涡轮端壁带凸起的泄漏槽气膜冷却结构及应用，属于燃气轮机涡轮导叶端壁的冷却技术领域；所述涡轮端壁上游设置有泄漏槽结构和泄漏槽供气腔，泄漏槽结构位于泄漏槽供气腔的出口，作为冷却气流的通道；所述泄漏槽结构远离涡轮叶片一侧的内壁沿展向均布有多个凸起结构，凸起结构与涡轮叶片4的吸力面前缘一一对应设置，使得大部分冷却气流从相邻凸起结构之间的通道流出，并在冷却壁面上形成气膜。本发明专利技术中由泄漏槽流出的冷却气流B在主流气流A的带动下沿主流方向流动，并且在冷却壁面区域形成气膜；该结构能极大的削弱在冷却壁面上由于压力梯度C对泄漏冷气射流的影响，其次，进一步均匀泄漏槽冷气在冷却壁面的覆盖区域。覆盖区域。覆盖区域。
【技术实现步骤摘要】
different ejection angle conditions,International Journal of Heat and Mass Transfer,2017,115:652
–
669.
技术实现思路
[0009]要解决的技术问题：
[0010]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种用于涡轮端壁带凸起的泄漏槽气膜冷却结构及应用，本专利技术通过在涡轮端壁的泄漏槽设置凸起结构，以提高泄漏槽冷气的冷却特性，以及降低端壁表面二次流的影响，使得泄漏流在端壁上游表面处形成有效的气膜。
[0011]本专利技术的技术方案是：一种用于涡轮端壁带凸起的泄漏槽气膜冷却结构，所述涡轮端壁上游设置有泄漏槽结构1和泄漏槽供气腔5，泄漏槽结构1位于泄漏槽供气腔5的出口，作为冷却气流的通道；其特征在于：所述泄漏槽结构1远离涡轮叶片4一侧的内壁沿展向均布有多个凸起结构2，凸起结构2与涡轮叶片4的吸力面前缘一一对应设置，使得大部分冷却气流从相邻凸起结构2之间的通道流出，并在冷却壁面3上形成气膜。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述凸起结构2为圆弧状结构，其轴向平行于泄漏槽的槽壁；凸起结构2的上、下端面分别与泄漏槽的上、下壁面平齐。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述凸起结构2的圆弧面的圆弧角为β，取值范围为26
‑
50
°
。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述泄漏槽结构1两侧壁面之间的宽度为W1，其与一个叶栅周期所对应的展向长度为H1；在该周期内的凸起结构2的弦长H2取值范围为1/4H1‑
1/2H1，其圆弧面中点到所在泄漏槽槽壁的之间的高度W2取值范围为0.4W1‑
0.6W1。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述泄漏槽结构1的宽度W1取值范围为2.48
‑
2.61mm，长度H1为46mm。
[0016]一种用于涡轮端壁带凸起的泄漏槽气膜冷却结构的应用，其特征在于：所示凸起结构2应用于矩形泄漏槽、收缩泄漏槽、扩张泄漏槽中，能够削弱涡轮冷却壁面上压力梯度的影响，增大泄漏冷气的展向出流，还能够避免大量冷却气流集中射入主流造成冷气损失。
[0017]有益效果
[0018]本专利技术的有益效果在于：本专利技术中由泄漏槽流出的冷却气流B在主流气流A的带动下沿主流方向流动，并且在冷却壁面区域形成气膜；泄漏槽中沿展向成周期性设置有多个凸起结构，该凸起结构的周期与叶栅周期一致，每个周期内的凸起结构与该周期内的涡轮叶片的吸力面前缘对应设置，使得大部分冷却空气从相邻凸起结构之间的通道流出，即从无凸起结构的泄漏槽口流出；该结构能极大的削弱在冷却壁面上由于压力梯度C对泄漏冷气射流的影响，其次，进一步均匀泄漏槽冷气在冷却壁面的覆盖区域。因此，在展向压力梯度C的作用下，带凸起结构的泄漏槽气膜孔冷却结构，不仅能均匀泄漏冷气的出流，还能增大泄漏冷气的覆盖范围，具有非常好的冷却效果。
[0019]1.本专利技术带凸起的泄漏槽气膜冷却结构具有较高的冷气射流均匀性，可以有效降低端壁表面受到展向压力梯度对泄漏槽出流状态的影响，避免大量冷却气流集中从吸力侧槽口流出，造成冷气损失；
[0020]2.本专利技术较为均匀的泄漏槽冷气出流，能同时减弱泄漏冷气在端壁表面压力侧的
未冷却区域和吸力侧的过冷却覆盖范围，使端壁冷却更加均匀；
[0021]3.本专利技术均匀冷气出流的同时也减弱了冷气的射流动量，使冷气更好的覆盖在端壁表面，相比与传统的泄漏槽冷却结构，冷却有明显改善，如图3所示。
[0022]4.本专利技术限定了在横向上(横流方向，即压力梯度方向C)，一个叶栅周期内所对应的的凸起结构2的弦长H2(横向特征)取值范围为1/4H1‑
1/2H1。当H2<1/4H1时，较短的凸起结构对泄漏冷气射流和端壁气膜冷却几乎无法起到积极的作用，而当H2>1/2H1时,较长的凸起结构对泄漏槽冷气射流影响过大，从而无法起到均匀泄漏冷气射流以及抑制端壁横流的特征。同理，在纵向上，为了使凸起结构可以满足泄漏冷气均匀出流，高效的气膜冷却的特点，圆弧面中点到所在泄漏槽槽壁的之间的高度W2(纵向特征)取值范围为0.4W1‑
0.6W1。凸起结构2圆弧角度的设计取值为26
‑
50
°
，是在凸起结构横向和纵向先确定的基础上，为了满足泄漏冷气光滑流动，降低流动损失而确定。
[0023]5.图3展示了在MFR＝1％时，带凸起泄漏槽的端壁气膜冷却效率分布云图。对于传统的无凸起泄漏槽结构，泄漏冷气只能从靠近吸力侧的泄漏槽口流出，较高的冷气射流动量使得在该区域只有略微的气膜覆盖。相比于传统无凸起泄漏槽结构，有凸起的泄漏槽结构使冷气在展向有较明显的扩散，凸起结构导致泄漏冷气抑制了通道展向压力梯度的影响，从而使冷气均匀出流，扩大了冷气的覆盖范围，端壁的气膜冷效提高，特别是实施例三。
[0024]图4展示了区域
‑
0.32<X/C
ax
<0.67的涡轮端壁展向平均气膜冷效分布，对比无凸起泄漏槽结构的实验结果，数值结果的冷却分布趋势与其相似。很明显，有凸起的泄漏槽实例(实施实例1
‑
实施实例3)的展向平均冷效高于无凸起传统泄漏槽结构的结果，实施实例1和实施实例2的结果几乎相同，而实施实例3的平均冷效分布冷却略高于其他实例，这可能是展向较长，纵向较短的凸起结构更加有利于均匀出流导致的。
[0025]三个实施例中分别列举了三种尺寸的凸起结构，相比与传统的无凸起泄漏槽冷却结构，气膜冷却效率分别提高了1.625、1.525、1.975倍，因此冷却效果有明显改善，如表1所示。
附图说明
[0026]图1涡轮端壁泄漏槽气膜冷却结构；
[0027]图2泄漏流吹风比对端壁气膜冷却分布的影响；
[0028]图3带凸起泄漏槽结构端壁气膜冷却云图；
[0029]图4带凸起泄漏槽结构端壁气膜冷却展向平均图；
[0030]图5带凸起泄漏槽局部结构图；
[0031]图6带凸起泄漏槽俯视图；
[0032]图7带凸起泄漏槽剖视图；
[0033]图8涡轮端壁带凸起泄漏槽结构位置示意图；
[0034]图9涡轮端壁带凸起泄漏槽俯视图；
[0035]图10涡轮端壁带凸起泄漏槽剖视图；
[0036]附图标记说明：1、泄漏槽结构；2、凸起结构；3、冷却壁面；4、涡轮叶片；5、泄漏槽供气腔；A、主流气流方向；B、冷却气流方向；C、压力梯度方向；H1、泄漏槽长度；H2、凸起弦长；W1、泄漏槽宽度；W2、凸起高度；S、泄漏槽边缘到叶片前缘间距；β、凸起弧长所对应的角度。
具体实施方式
[0037]下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0038]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮端壁带凸起的泄漏槽气膜冷却结构，所述涡轮端壁上游设置有泄漏槽结构(1)和泄漏槽供气腔(5)，泄漏槽结构(1)位于泄漏槽供气腔(5)的出口，作为冷却气流的通道；其特征在于：所述泄漏槽结构(1)远离涡轮叶片(4)一侧的内壁沿展向均布有多个凸起结构(2)，凸起结构(2)与涡轮叶片(4)的吸力面前缘一一对应设置，使得大部分冷却气流从相邻凸起结构(2)之间的通道流出，并在冷却壁面(3)上形成气膜。2.根据权利要求1所述用于涡轮端壁带凸起的泄漏槽气膜冷却结构，其特征在于：所述凸起结构(2)为圆弧状结构，其轴向平行于泄漏槽的槽壁；凸起结构(2)的上、下端面分别与泄漏槽的上、下壁面平齐。3.根据权利要求2所述用于涡轮端壁带凸起的泄漏槽气膜冷却结构，其特征在于：所述凸起结构(2)的圆弧面的圆弧角为β，取值范围为26
‑
50
°
。4.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘存良，张杰，黄维娜，张丽，王睿，李国栋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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