凸台形表面冲击冷却换热及熵增的数值模拟研究

采用冲击换热方式对燃气涡轮导向叶片端壁外侧腔体进行冷却，对于延长燃气涡轮的使用寿命和保障其安全运行十分有效。采用数值模拟方法，对燃气涡轮导向叶片端壁外侧腔体内凸台形表面的冲击冷却换热性能进行研究，并对冲击换热过程的熵增进行分析。研究表明：随着冲击气流雷诺数的增大，冲击靶面与冲击孔面上的平均努塞尔数增大；雷诺数一定时，增大冲击靶距，冲击靶面和冲击孔面平均努塞尔数减小，但冲击靶面上的被冷却范围增大，换热更加均匀；增大凸台上表面的宽度，冲击靶面上的被冷却范围相对减小，冲击靶面和冲击孔面的平均努塞尔数分别减小与增大；凸台上表面比其两侧的下表面换热更好；冲击冷却过程的熵增主要来源于因黏性耗散产生的熵产及换热产生的熵流，流动涡旋区的熵产是熵增的主要原因。研究结论可为优化凸台形冲击腔的结构参数及操作参数，提高其冲击换热效果提供依据和参考。