采用热—流耦合方法对内冷式涡轮叶片换热的计算研究

论文对带有内冷通道的涡轮叶片的换热问题进行了计算研究。通过对外流场、叶片和内冷通道流场建立计算模型、进行耦合求解,得到了涡轮叶片温度场分布。在计算过程中叶片表面的热边界条件无法预先给出,需要由热量交换过程动态地加以决定,针对这一问题,本文采用了热-流耦合方法加以解决。 作为验证,采用热-流耦合方法计算了两个算例。第一个是流体绕流前缘为钝形二维平板的换热,并与分析解进行比较,计算结果和分析解吻合很好;第二个,对于带有内冷通道的C3X、MarkⅡ涡轮叶片进行了计算,与实验结果进行了对比,计算结果与实验值吻合良好。 上面的验证说明了热-流耦合方法的可靠性,在此基础上,本文采用热-流耦合方法对某叶片进行了三维计算。分别计算了实心叶片(无冷却)、带有八个径向内冷通道、带有径向冷却腔三种冷却形式,并且在计算中考虑了辐射的影响。 通过以上的计算说明热-流耦合方法求解涡轮叶片的耦合换热问题是可行的和有效的,为工程应用提供了有价值的参考。