一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109446592A(43)申请公布日2019.03.08(21)申请号201811173708.1(22)申请日2018.10.09(71)申请人湘潭大学地址411100湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘27号(72)发明人杨丽刘志远周益春朱旺(74)专利代理机构北京中政联科专利代理事务所(普通合伙)11489代理人陈超(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法(57)摘要一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，包括：根据热障涂层和不带有热障涂层的涡轮叶片的两个计算域的温度场分布，以及热障涂层应力场的最大主应力和最大剪应力数据，进行预设程序计算,获得热障涂层的隔热效率，获得热障涂层局部综合和全局综合评价因子,本发明实现了三维带气膜孔的涡轮叶片热障涂层的模拟方法；建立了一个热障涂层应用效果评价参数，从隔热效率和应力水平两方面共同考虑来评价热障涂层，能更全面的体现热障涂层的综合应用性能，更利于热障涂层的设计和分析。CN109446592ACN109446592A权利要求书1/2页1.一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，建立几何模型；；步骤二，根据几何模型建立计算网格；步骤三，根据所述计算网格,设置求解边界条件和材料参数,进行迭代计算,获得热障涂层和涡轮叶片两个计算域的温度场分布；步骤四，根据热障涂层计算域的温度场分布和热障涂层计算网格，设置求解边界条件和材料参数,进行迭代计算,获得热障涂层应力场分布，并获得所述热障涂层应力场的最大主应力和最大剪应力数据；步骤五，根据热障涂层和涡轮叶片的两个计算域的温度场分布，以及热障涂层应力场的最大主应力和最大剪应力数据，进行预设计算程序计算,获得热障涂层的隔热效果，获得热障涂层局部综合和全局综合评价因子；步骤六，根据热障涂层局部综合评价因子和全局综合评价因子，获得对热障涂层涂层的隔热效果和应力水平的评价。2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，其特征在于所述步骤一使用有限元分析软件，建立热障涂层的几何模型、涡轮叶片几何模型和外流场几何模型，热障涂层设置在涡轮叶片外部，包裹涡轮叶片,其中：热障涂层几何模型材料设定为氧化钇稳定的氧化锆；涡轮叶片几何模型材料设定为钢；外流场几何模型材料设定为空气。3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，其特征在于所述步骤二中的计算网格包括，热障涂层的计算网格、涡轮叶片的计算网格和外流场计算网格，其中，热障涂层计算网格被细化来得到涂层内温度和应力的梯度，与气流接触的流固界面处进行网格细化，将其细化为多层边界层网格来降低计算中对流换热的误差。4.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，其特征在于所述步骤三中将热障涂层计算网格、涡轮叶片计算网格和外流场计算网格导入有限元分析软件，定义热障涂层的材料参数，采用SSTk-ω湍流模型和非平衡近壁面模型，设置求解边界条件,进行迭代步求解，直至结果收敛到小于10-5，得到热障涂层和涡轮叶片两个计算域的温度场分布。5.根据权利要求4所述的一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，其特征在于所述材料参数包括密度、热传导系数、粘度系数、比热容、热膨胀系数；边界条件包括主流入口、出口的压力和温度，冷气入口的压力和温度，以及壁面的耦合换热和周期性边界条件。6.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，其特征在于所述步骤四中，将热障涂层计算网格导入有限元分析软件，将热障涂层和涡轮叶片温度场通过插值法赋值到两个计算域计算网格中，设置求解边界条件和材料参数,进行迭代计算,得到带有热障涂层的涡轮叶片应力场分布，并获得所述热障涂层应力场的最大主应力和最大剪应力数据。7.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，其特征在于所述步骤五中隔热效果由热障涂层和涡轮叶片的温度差来表示，所述温度差由在热障涂层和涡轮叶片的两个计算域的温度场内获取局部的表面温度，并相减获得。8.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片热障涂层应用效果的评价方法，其特征在于所2CN109446592A权利要求书2/2页述步骤五中热障涂层局部综合和全局综合评价因子的预设计算程序的公式是：Y是热障涂层局部综合评价因子，YT是热障涂层全局综合评价因子，S表示叶片表面积，w是危险系数，通过试验针对不同的位置危险性取值，Ttbc、Tnotbc是有无热障涂层的涡轮叶片表面温度，σmax是热障涂层的材料强度，T∞是指燃气入口温度，Tc是指冷却气体温度，σ是指局部最大主应力或最大剪应力。9.根据权利要求1所