热能动力工程

作者：解凤明,卜诗

单位：常州大学,,常州大学,

关键词：冲击冷却;优化设计;最优结构组合;增强传热因子;正交实验设计;数值模拟

基金：国家自然科学基金项目（面上项目，重点项目，重大项目）

为了探究涡轮叶片直通道内结构对射流冲击冷却性能的影响，在直通道内增设扰流肋与射流孔组成通道复合冷却结构。设置了六个因素（肋高/肋间距e/P、射流孔倾角α、射流孔位置K、肋倾角β、长距比e/H、射流孔长径比e/d）和五个水平，采用L25(56)正交表进行正交实验设计。使用ANSYS FLUENT软件模拟直通道内的射流冲击靶面的过程，入口质量流率为0.114302 kg/s，入口空气温度为293 K，雷诺数Re=40000，靶面温度设置为323 K。分别得到25组结构的靶面(Nu) ?/Nu0和f/f0，最大(Nu) ?/Nu0组为C_5((Nu) ?/Nu0=2.5163)。正交试验设计极差分析得出各因素对靶面(Nu) ?/Nu0的影响程度由大到小依次是：F(e/d)＞E(e/H)＞D(α)＞A(e/P)＞C(K)＞B(β)。通过优化设计得到了各个因素的影响趋势以及最优结构组合。优化结果显示：最优结构为C_0( A1B5C3D1E3F5),最优结构的靶面平均热流密度为6.6337 W/(m2·oC)，靶面驻点中心位置的局部努塞尔数可达4000以上。利用正交实验设计以提高靶面换热效率为目的，得到各个结构参数最优项及变化趋势。旨在为基于燃气轮机涡轮叶片内部通道冷却设计优化提供新的参考。

来源：2025年第9期

《热能动力工程》期刊编辑部

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