一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102565119A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102565119A(43)申请公布日2012.07.11(21)申请号201010586727.4(22)申请日2010.12.14(71)申请人中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所地址110015辽宁省沈阳市沈河区万莲路1号(72)发明人黎旭张志强(74)专利代理机构沈阳晨创科技专利代理有限责任公司21001代理人任玉龙(51)Int.Cl.G01N25/20(2006.01)权利要求书权利要求书4页4页说明书说明书1111页页附图附图22页(54)发明名称一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法(57)摘要一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法为：在未喷涂热障涂层的真实涡轮叶片表面开槽埋设热电偶，在选定的试验状态进行第一轮冷却效果试验，之后对叶片喷涂热障涂层，在和第一轮叶片试验状态一致的情况下进行第二轮试验；由此对比试验可以得到带热障涂层的叶片冷却效果以及热障涂层在真实叶片上的隔热效果，为验证或者完善叶片热障涂层设计提供依据。本发明的优点：可以方便测得带热障涂层状态的叶片的冷却效果，并且可以直观地对比不带涂层状态的叶片的冷却效果，以及得到热障涂层在真实叶片上的隔热效果，从而方便地对叶片及热障涂层的设计情况进行验证和评价。CN102569ACN102565119A权利要求书1/4页1.一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法，其特征在于：所述的测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法为：在未喷涂热障涂层的真实涡轮叶片表面开槽埋设热电偶，在选定的试验状态进行第一轮冷却效果试验，之后对叶片喷涂热障涂层，在和第一轮叶片试验状态一致的情况下进行第二轮试验；由此对比试验可以得到带热障涂层的叶片冷却效果以及热障涂层在真实叶片上的隔热效果，为验证或者完善叶片热障涂层设计提供依据；第一个方面，提供了对带热障涂层的涡轮叶片进行冷却效果试验和隔热效果试验的技术途径；包括在未喷涂热障涂层的涡轮叶片表面选取若干测试点，开槽埋设测量壁温的热电偶，在开槽部位堆焊热导率与叶片基体接近的高温合金，并进行抛光处理；在选定工况下进行第一轮冷却效果试验；特别的，在完成第一轮试验后，需要对热电偶的测试引线进行必要的摘除和保护工作，热电偶本身并不去除，待完成热障涂层喷涂后对测试引线恢复装配，从而保证了两轮试验测点的一致性；按照设计状态热障涂层的技术要求在叶片表面喷涂热障涂层；然后在和第一轮试验选定工况一致的情况下，进行第二轮冷却效果试验；通过对照相同工况下相同测点的温度值，直观发现热障涂层对叶片的隔热作用，并能够在测量值的基础上作进一步分析从而得到涡轮叶片有无热障涂层状态冷却效果的变化；第二个方面，提出按照相似原理对带热障涂层的涡轮叶片进行冷却效果试验，并通过试验得到热障涂层在叶片表面的隔热效果的方法；在试验器条件无法完全模拟真实发动机工况时，需要在较低温度下进行冷却效果试验，由此确定冷却效果计算表达式，在此基础上推算出真实发动机工况下的冷却效果。2.按照权利要求1所述的测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法，其特征在于：所述的确定冷却效果计算表达式的推导过程如下：取叶片壁面微元体，忽略轴向和径向导热，则一元热平衡方程为：(1)即(2)(3)令相对冷却效果则(5)(6)由(6)可以看出，叶片的冷却效果θ取决于燃气对冷气的换热系数之比以及燃2CN102565119A权利要求书2/4页气的换热系数和叶片材料的导热系数之比而后者很大程度上取决于叶片材料的导热系数和温度范围；假设叶片为薄壁叶片，内外壁温均匀，则热平衡方程可简化成：hg(Tg-Tw)＝hc(Tw-Tc)………………………………………………(7)即(8)燃气和冷却气对壁面的换热关系：Nu＝C·Ren……………………………………………………………(9)(10)即冷气侧：(11)燃气侧：(12)(11)/(12)得，(13)将代入方程得(14)(14)中燃气和冷气的物性参数(15)(14)中的常数项可合并成(16)则(14)式可以整理成(17)或者(18)需要解释如何用较低的温度、压力试验代替高温高压试验，其理论依据时两种试验状态的相似；其相似条件是：几何相似、运动学相似、动力学相似和热相似；因为试验件就是真实发动机叶片，保证了几何相似；运动学相似和动力学相似规定，所研究的两种状态，所有流动点有相似的流动图形和相似的力的分布图形；动力学和热力学相似规定，在流动中有相似的速度场和温度场；两个状态如果保证下列无因次参数相等，则得到运动学和动力学相似；(19)(20)压力系数Cp是压力和惯性力的比值，雷诺数(Re)是惯性力和摩擦力的比值；因此两种3CN1025651