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冷却流量对涂层叶片冷却性能影响的数值研究
摘要：
随着发动机技术的不断发展和进步，高温高压的工作环境对叶片材料的要求越来越高。为了保证叶片的使用寿命和可靠性，需要对叶片进行冷却。本文依据一种燃气涡轮发动机涂层叶片的结构，采用CFD软件模拟不同冷却流量下的叶片冷却性能，并分析了不同冷却流量下叶片表面温度分布、传热系数以及流量变化对叶片冷却性能的影响。研究发现，增大冷却流量可以有效地降低叶片表面温度，并提高传热系数，从而提升叶片冷却性能。同时，冷却流量的增大也会导致涡流强度的增加，使得对叶片的冷却效果更加明显。
关键词：涂层叶片；冷却流量；CFD模拟；叶片冷却性能
Abstract:
Withthecontinuousdevelopmentandprogressofenginetechnology,theworkingenvironmentofhightemperatureandhighpressureputshigherrequirementsonbladematerials.Inordertoensuretheservicelifeandreliabilityoftheblades,coolingisrequired.Basedonthestructureofagasturbineenginebladecoating,thispaperusesCFDsoftwaretosimulatethebladecoolingperformanceunderdifferentcoolingflowrates,andanalyzestheinfluenceofdifferentcoolingflowratesonthesurfacetemperaturedistribution,heattransfercoefficient,andflowratechangesonthebladecoolingperformance.Thestudyfoundthatincreasingthecoolingflowratecaneffectivelyreducethesurfacetemperatureofthebladeandincreasetheheattransfercoefficient,therebyimprovingthecoolingperformanceoftheblade.Atthesametime,anincreaseincoolingflowratecanalsoleadtoanincreaseineddycurrentstrength,whichmakesthecoolingeffectontheblademoreobvious.
Keywords:coatingblade;coolingflowrate;CFDsimulation;bladecoolingperformance
概述：
涂层叶片是一种近年来受到广泛关注的叶片制造技术。相较于传统的叶片结构，涂层叶片具有更高的耐热性和耐腐蚀性，能够适应更为恶劣的工作环境。同时，为了保证叶片的使用寿命和可靠性，需要对其进行冷却。冷却流量是影响叶片冷却性能的重要因素之一。本文依据一种典型的燃气涡轮发动机涂层叶片结构，使用CFD软件模拟了不同冷却流量下的叶片冷却性能，并对结果进行了分析和讨论。
1.建模和模拟方法
1.1叶片结构及工作条件
本次研究采用了一种典型的涂层叶片结构作为研究对象，其主要结构如图1所示。
(插入图1)
图1涂层叶片结构示意图
该叶片由带有流向弯曲的通道和内部涂层两部分组成。工作条件如表1所示。
(插入表1)
表1工作条件
1.2建模
本次研究采用了CFD软件来模拟叶片的冷却过程。建模过程主要包括以下几个步骤：
（1）叶片CAD建模
根据叶片结构图，使用CAD软件建立三维模型。
（2）网格生成
采用CFD软件对叶片模型进行网格划分。划分的网格应足够细密，以便准确模拟流场。
（3）边界条件设定
本次模拟中，叶片表面设置为流动壁面，而通道内部则采用对流换热模型。
（4）流体介质设定
根据实际工作条件，将流体介质设为空气。
（5）物理模型设定
本次模拟主要采用了流动方程、能量方程和湍流模型。
流动方程
根据质量守恒定律和动量守恒定律，可以得到流动方程：
(公式1)
其中，rho为介质密度，V为速度矢量，p为压力，t为时间。
能量方程
根据能量守恒定律，可以得到能量方程：
(公式2)
其中，T为温度，k为导热系数，Q为体积热源。
湍流模型
湍流模型采用Realizablek-ε模型，其方程如下：
(公式3)
(公式4)
实施Realizablek-ε模型需要指定初始条件（k,ε,turbulentviscosity等）。
1.3模拟方法
本次研究采用CFD软件完成了叶片冷却性