[发明专利]一种用于涡轮动叶后部的内冷带肋通道

说明书

本发明公开了一种用于涡轮动叶后部的内冷带肋通道，包括：矩形截面通道，内部中空，用于流体流过；矩形截面通道的前壁面和后壁面对称设有若干倾斜扰流肋；所述倾斜扰流肋相对于流体的流动方向倾斜设置；矩形截面通道的前壁面中心设有连通前壁面倾斜扰流肋交叉肋。在旋转条件下，通过相交肋使得倾斜肋片间的强换热区域由原来的一部分变为现在的两部分，覆盖区域上升，换热强化更加均匀，另外，相交肋结构与倾斜肋结构产生的二次流均被旋转产生的科氏力大大强化，换热能力进一步增强，并且前后壁面肋片布置的不同可以影响二次流动，有效中和前后壁面因旋转而造成的换热差异，改善热应力，延长叶片使用寿命。

技术领域

本发明属于燃气轮机涡轮叶片技术领域，特别涉及一种用于涡轮动叶后部的内冷带肋通道。

背景技术

燃气轮机广泛应用于航空推进、陆地发电和其他工业设备，涡轮冷却技术的发展对提高先进高温燃气轮机发动机的热效率和输出功率起着至关重要的作用。扰流肋强化冷却是通过重复布置扰流肋产生流动分离，而后又将新的边界层重新附着到传热表面，从而增强换热；此外，分离的边界层增强了壁面流体与主流的掺混，来自近壁面的热量可以更有效地传递到主流，从而进一步增强换热。

韩介勤等人最早研究了带肋通道表面的传热和摩擦系数分布。他们发现，重复的斜肋比重复的横肋表现更好。在平行板通道中，在带有重复的45度斜置肋和带有重复横置肋的通道相比，在相同摩擦阻力的条件下，换热强化效果明显增强，这是由于斜置肋片可以产生沿着肋片发展的二次流动，并且在主流区域也产生一个体积较大的二次流动。这里所说的二次流，相对于主流流动，其运动所在的平面与主流方向垂直。肋片间的二次流在90度肋片产生的分离与再附着流动的基础上，可以增大流体再附着的速度，提高肋片间区域的横向传质，改善壁面的换热。主流区域的二次流动可以将将近壁面区域温度较高的流体带离壁面，提高整个横截面上的传质能力，进而提高近壁面区域对流换热的传热温差，提高热流密度。

旋转状态下，科氏力(科里奥利力)和旋转浮力都能改变冷却通道内的流动和温度分布，影响其表面传热系数分布。其中科氏力的方向取决于旋转方向和冷却流体的方向，因此科氏力在通道方向角不同时方向不同。对于径向外流的通道，科氏力使主流向后壁面壁移动。如果后壁和前壁都对称加热，那么旋转使得后壁面(科式力所指面)的湍动度加强，而前壁面(科式力背离面)的湍动度减弱，进而造成前壁面换热弱于后壁面。因此，为了提高传热均匀性，必须减小前后壁面的换热差异。

Heeyoon Chung等研究了不同宽高比的斜肋矩形通道内相交肋对传热传质性能的影响。在有斜置肋的通道中，由于斜置肋诱导的涡流随宽高比的增大而减小，随着通道宽高比的增大，通道的传热传质性能下降。为了克服这一缺点，采用一条将倾斜肋平分的交叉肋。测试了60°斜肋结构在有无交叉肋情况下的传热性能。得出当存在交叉肋时，在与倾斜肋相交的每个点处都会产生附加的涡。因此，当在普通的斜肋结构中添加交叉肋肋时，所有通道宽高比的传热传质性能都显著提高。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种用于涡轮动叶后部的内冷带肋通道，以改善旋转条件下科氏力造成的前后壁面的换热差异，并利用科氏力的作用强化带肋通道中的二次流动，增强通道的换热能力，并提高传热分布的均匀性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于涡轮动叶后部的内冷带肋通道，包括：

矩形截面通道，内部中空，用于流体流过；

矩形截面通道的前壁面和后壁面对称设有若干倾斜扰流肋；所述倾斜扰流肋相对于流体的流动方向倾斜设置；

矩形截面通道的前壁面中心设有连通前避免倾斜扰流肋交叉肋。

进一步的，交叉肋将矩形截面通道的前壁面均分为两部分。

进一步的，倾斜扰流肋的肋方向与主流受到科氏力方向成钝角。

进一步的，肋方向是指与主流方向成锐角的沿肋片的方向。