【技术实现步骤摘要】
本专利技术涡轮叶片仿生分形冷却结构设计方法，属于涡轮叶片冷却。
技术介绍
1、燃气轮机为了实现高推重比，大多会提高涡轮的入口温度，虽然现有的涡轮叶片材料的承温能力增加，但仍跟不上涡轮入口温度增加的速度。因此为了保证燃气轮机在高推重比的情况下安全正常的运行，如何有效冷却涡轮叶片就成为了关键。现有技术中大多采用仿生分型冷却结构作为涡轮叶片的冷却结构，通过仿生分型冷却结构中多支路高流量的特点来降低涡轮叶片的温度。现有的仿生分型冷却结构比较复杂，支路较多，仿真分型冷却结构中某一区域的部分支路中的流量分配均匀性难以控制，导致该区域的换热强度较差，使得现有的仿真分型冷却结构应用在涡轮叶片上的冷却效果仍有提升空间。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：如何使得仿生分型冷却结构中部分支路的流量分配均匀，从而提升仿生分型冷却结构的换热强度。
2、本专利技术所提出的技术方案是：一种涡轮叶片仿生分形冷却结构设计方法，包括以下步骤：
3、步骤1：将所述涡轮叶片完整的仿生分型冷却结构代入建模软件中形成原始仿生分型冷却结构模型，通过建模软件对原始仿生分型冷却结构模型进行分解得到两种基本的分型单元，分别是弯管单元和分叉单元；
4、步骤2：通过分析所述弯管单元的结构数据与所述弯管单元运行过程中的弯管压力损失，建立弯管单元运行性能模型，如下式(1)所示，
5、
6、式(1)中，pw是弯管单元的弯管压力损失；a、b、c、α、β、γ是拟合系数；l
7、通过分析所述分叉单元的结构数据与所述分叉单元运行过程中的弯管压力损失，建立分叉单元运行性能模型，如下式(2)所示，
8、
9、式(2)中，pc是分叉单元的分叉压力损失；e、f、g、δ、ε、λ是拟合系数；ldcha是分叉单元的整体长径比，lcha是分叉单元的出入口连线长度，dcha是分叉单元的沿程平均直径；ldsim是与分叉单元有相同长度和出入口直径且分叉角度是90°的简单分叉单元；dcrc是分叉单元的出入口段直径比，druc是分叉单元的入口段直径，dcuc1和dcuc2分别是分叉单元的两个出口段的直径；dsim是简单分叉单元的出入口段直径比；θcha是分叉单元的分叉角度，是分叉单元分叉后两条出口段形成的夹角，φ是偏差角度修正系数；psim是简单分叉单元的简单分叉压力损失；
10、步骤3：在所述原始仿生分型冷却结构模型从入口开始的第一个分流点上进行流量分配分析，得到分流点两侧的流量比与两侧的压损比之间的关系，
11、具体分析过程如下：
12、步骤3.1：将所述分流点一侧连接的分型结构分解成a1个弯管单元和a2个分叉单元，a1和a2均是大于等于1的自然数；通过下式(3)计算出所述分流点一侧在运行时的压损p1，
13、
14、式(3)中，pwi是第i个弯管单元的压损值，i是大于等于1小于等于a1的自然数；pcn是第n个分叉单元的压损值，n是大于等于0小于等于a2的自然数；
15、并将所述分流点一侧连接的分型结构代入所述建模软件中得到所述分流点一侧在运行时的流量m1；
16、步骤3.2：将所述分流点另一侧连接的分型结构分解成b1个弯管单元和b2个分叉单元，b1和b2均是大于等于1的自然数；通过下式(4)计算出所述分叉点另一侧在运行时的压损p2，
17、
18、式(4)中，pwa是第a个弯管单元的压损值，a是大于等于1小于等于b1的自然数；pcb是第b个分叉单元的压损值，b是大于等于0小于等于a2的自然数；
19、并将所述分叉点另一侧连接的分型结构代入所述建模软件中得到所述分叉点另一侧在运行时的流量m2；
20、步骤3.3：通过下式(5)计算得到所述分叉点两侧的流量比m，
21、m＝m1/m2 (5)，
22、通过下式(6)对所述分流点两侧的流量比与压损比进行拟合，
23、
24、将所述步骤3.1和3.2中得到的流量和压损代入公式(6)中计算得到具体的拟合系数和σ；
25、并将具体的拟合系数拟合系数σ、公式(1)和公式(2)代入公式(6)中建立所述原始仿生分型冷却结构模型中分流点两侧的流量比与两侧结构数据之间的关系，如下式(7)所示，
26、
27、式(7)中，是分流点一侧的第i个弯管单元的结构数据；是分流点一侧的第n个分叉单元的结构数据；是分流点另一侧的第a个弯管单元的结构数据；是分流点另一侧的第b个分叉单元的结构数据；
28、步骤4：依次在所述原始仿生分型冷却结构模型中的所有分流点上调整所述公式(7)中的所述和使得调整后的所述和代入公式(7)时计算出的所述分流点两侧的流量比m的值趋近于1，完成了所述原始仿生分型冷却结构模型的优化调整，并将优化调整后的仿生分型冷却结构模型输出。
29、本专利技术的有益效果：本专利技术通过将复杂的原始仿省分型冷却结构分解成最基本的两种分型单元，并建立了两种分型单元的结构与压损之间的关系；在原始仿生分型冷却结构模型中对分流点进行流量分配时的流量比与压损比进行拟合，得到流量分配时流量比与压损比之间的关系，进而得到流量比与结构数据之间的关系，通过调整分叉两侧的结构数据进而影响流量分配的流量比，使得仿生分型冷却结构可以均匀分配流量，大大提升了仿生分型冷却结构的换热强度，同时也大大增加了涡轮叶片的冷却效率。
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1.一种涡轮叶片仿生分形冷却结构设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片仿生分形冷却结构设...
【专利技术属性】
技术研发人员：王龙飞，刘昕梓，毛军逵，吕城亮，张德伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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