一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构.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CN108979754A(43)申请公布日2018.12.11(21)申请号201811049045.2(22)申请日2018.09.10(71)申请人沈阳航空航天大学地址110136辽宁省沈阳市沈北新区道义南大街37号(72)发明人李润东郭曾嘉贺业光(74)专利代理机构沈阳维特专利商标事务所(普通合伙)21229代理人甄玉荃(51)Int.Cl.F01D25/12(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图5页(54)发明名称一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构(57)摘要本发明属于燃气轮机及航空发动机高温部件冷却及其他一些涉及到阵列冲击射流冷却的领域，具体为一种阵列冲击射流冷却中高性能的扰流结构，提供三种扰流柱结构设计，包括一种异五边形扰流柱阵列排布的射流靶板，一种穹顶形扰流柱阵列排布的射流靶板，一种水滴形扰流柱阵列排布的射流靶板。本次设计的优势在于使用最少的冷却空气量，最大程度的提高冷却效率，并且降低冷却壁面整体的温度梯度，使传热更加均匀稳定。CN108979754ACN108979754A权利要求书1/1页1.一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构，包括射流孔板及射流靶板，所述的射流孔板上设有多个阵列排列的冲击孔，所述射流孔板位于所述射流靶板的上部，射流靶板与射流孔板之间为空腔设计，其特征在于：所述射流靶板上设有多个扰流柱，所述是扰流柱为截面为异五边形柱体，或者为截面近半椭圆的穹顶形设计柱体，或者为截面是水滴形状设计柱体。2.如权利要求1所述的一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构，其特征在于：所述的冲击孔的直径为D。3.如权利要求1所述的一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构，其特征在于：所述截面异五边形设计的扰流柱的截面由一锐角等腰三角形底边接一长方形组成，截面三角形高为1.2D，截面长方形侧边长为0.2D，截面长方形底边长为0.7D，扰流柱截面锐角边正对来流方向，扰流柱的高度为2D。4.如权利要求1所述的一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构，其特征在于：穹顶形扰流柱截面由半椭圆形接一长方形组成，半椭圆的长轴长为D，短轴长为0.3D，长方形截面侧边长为0.2D，截面底边长为0.6D，扰流柱截面半椭圆形为迎流面，扰流柱截面半椭圆形的短轴正与来流方向垂直，扰流柱的高度为2D。5.如权利要求1所述的一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构，其特征在于：所述截面水滴形设计扰流柱截面的上、下两端圆弧直径分别为0.75D和0.56D，两端圆弧圆心距离为0.7D，上、下两端圆弧直径弧度分别为200°和160°，扰流柱的高度为2D。6.如权利要求1所述的一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构，其特征在于：所述多个扰流柱与多个冲击孔分别为顺排布置，扰流柱的排与冲击孔的排交错排列，每个扰流柱中心与其周围的冲击孔圆心的水平距离为2.5D。2CN108979754A说明书1/4页一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构技术领域：[0001]本发明属于燃气轮机及航空发动机高温部件冷却及其他一些涉及到阵列冲击射流冷却的领域，具体为一种阵列冲击射流冷却中的扰流结构。背景技术：[0002]燃气轮机能够提供强大动力，主要通过其高温高压燃气来实现的，高温燃气的初始温度决定着燃气轮机的工作效率。为了提升燃气轮机的效率，涡轮进口处燃气的温度需要不断提高。但是随着燃气温度的提高，对燃气轮机的高温部件工作的稳定性以及寿命带来了严峻的考验。与此同时材料的发展却跟不上燃气轮机对性能的要求，因此必需采取有效的、先进的冷却技术来保证燃气轮机的安全运行和寿命。[0003]目前，燃气轮机的发展趋势是提高温升和降低污染物的排放，二者都需要较大范围的提高用于燃气轮机燃烧室的空气比例，由此导致用于燃机热端部件的冷却空气比例降低。在保证燃气轮机热效率的情况下，如何通过更少的冷却空气量，更有效的冷却燃机的热端部件是目前迫切需要解决的问题。[0004]在冲击冷却系统中，冲击射流在冲击换热靶板后形成的流动边界层极薄，换热系数比常规的对流换热要高出几倍甚至一个量级，能够最大限度的提高靶板表面的局部传热系数，提供良好的冷却效果，因此冲击冷却在燃气轮机高温部件的冷却中有着广泛的应用。但是在冲击冷却系统中只有在冲击驻点附近的边界层很薄，而其他区域的壁面存在着气体边界层，会影响了靶板表面的换热效果，导致整个靶板的换热不均匀，从而影响燃气轮机的冷却效率。而在冲击靶板上设置扰流元件的阵列射流冲击冷却，不仅可以在最大程度的降低边界层的厚度，还可以加强内部通道的扰动，加大冷却通道内部冷却气流的湍流度，扩展换热表面积，进一步强化换热效率。[0005]现有的阵列射流冷却系统中具有如下局限性：[0006](1)上流冲击孔的冷却气流冲击靶板之后，会在冷却通道内产生一定量的横流，横流