基于响应面的涡轮交叉肋气动和传热特性研究

提高涡轮进口温度是有效提升燃机热效率的重要途径，交叉肋冷却结构因其冷却效率高、冷却气体用量少的特点受到广泛关注。本文按照采用响应面设计方法得到的曲面优化设计方案，对某型涡轮叶片局部交叉肋冷却结构流道进行数值模拟，分析了肋宽与肋间距以及肋片倾斜角度对交叉肋通道换热与流阻特性的影响，结果表明：肋倾角小，肋宽与肋间距之比大，雷诺数小的方案换热能力更强，雷诺数高的方案的阻力损失更大；肋倾角大，肋宽与肋间距之比小，雷诺数小的方案综合换热效果更好。此外，结合响应面方法获得了该局部位置交叉肋的气动和传热性能的预测公式。三组回归预测方程的预测值与数值模拟值的平均误差分别为3.7%、6.5%、4.6%，一定程度上为后续交叉肋结构的优化设计奠定了基础。