[发明专利]一种涡轮气冷叶片温度场快速评估方法

说明书

本申请属于涡轮气冷叶片领域，特别涉及一种涡轮气冷叶片温度场快速评估方法。包括：步骤一、构建带有隔热涂层的涡轮气冷叶片导热模型；步骤二、对综合冷效θ进行解耦，获取表征外部冷却影响的第一函数以及表征内部冷却影响的第二函数，并将所述第一函数与所述第二函数通过共用横坐标x进行关联；步骤三、分别对所述第一函数、所述第二函数通过等值线求交点进行求解，并通过共用的横坐标x对所述第一函数以及所述第二函数进行耦合求解；步骤四、求解叶片外表面壁温。本申请的涡轮气冷叶片温度场快速评估方法，需要的初始参数少，计算速度快，能够实现多参数图形化显示。

技术领域

本申请属于涡轮气冷叶片领域，特别涉及一种涡轮气冷叶片温度场快速评估方法。

背景技术

涡轮叶片的外表面壁温是衡量叶片工作状态的重要指标，是叶片设计过程中的关键参数。但由于叶片外部流动换热非常复杂、内部冷却形式多样，导致影响冷却叶片外表面壁温的因素繁多，包括气膜冷却有效性、叶片壁厚、热障涂层壁厚、叶片导热系数、热障涂层导热系数、燃气冷气温度以及对流换热系数等，且各个因素相互影响，呈强耦合状态，难以在冷却方案设计阶段准确把握每种因素的影响规律。

现有的三维CFD流热热耦合计算虽然可以得到较为精确的叶片外表面壁温，但是该方法不仅需要给出冷却结构的详细结构参数，比如气膜孔排数、气膜孔孔径、气膜孔间距等，而且需要详细的冷气参数，比如冷气温度、冷气压力、冷气质量流量等，这些参数在方案设计阶段只有一个大概的方向，没法达到非常详细的程度。并且，三维CFD耦合的每次计算都需要处理几何模型、网格划分和求解器设置这三个步骤，每一个步骤都需要手动做大量的设置，工作量巨大。三维CFD耦合计算花费的时间非常长，一个算例从开始到结束往往需要半个月甚至一个月的时间，如果修改多个参数进行对比，会花费几个月的时间，反馈周期漫长。在三维CFD耦合计算中，每一个参数的更改都需要重新建模、重新分网、重新计算，修改非常繁琐，不够灵活。另外，三维CFD计算出来的结果是一个综合的结果，呈现的是各个因素耦合作用的结果，没法体现单独一个因素在整个方案中所占的比重以及单一因素的动态影响。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种涡轮气冷叶片温度场快速评估方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种涡轮气冷叶片温度场快速评估方法，包括：

步骤一、构建带有隔热涂层的涡轮气冷叶片导热模型，包括：

综合冷效θ为：

气膜冷却有效性η为：

叶片毕涡数Bi_m为：

涂层毕涡数Bi_t为：

由一维导热原理，可得综合冷效θ为：

其中，δ1为涂层厚度，λ1为涂层导热系数，δ2为金属壁厚度，λ2为金属壁导热系数，T_g为燃气温度，T_ce为冷气温度，T_w2为叶片外表面壁温，Ta_w为叶片绝热壁温，h_g为燃气侧对流换热系数，h_c为冷气侧对流换热系数；

步骤二、对综合冷效θ进行解耦，获取表征外部冷却影响的第一函数以及表征内部冷却影响的第二函数，并将所述第一函数与所述第二函数通过共用横坐标x进行关联，其中，

所述第一函数为：