移動式薄膜冷卻之研究

Abstract

薄膜冷卻是降低氣渦輪引擎葉片熱應力負載最常使用的方法之一，本文以有限體積法及紊流高雷諾數k-E模式做數值計算，探討物葉片在高溫環境下使用薄膜冷卻法，冷卻流體對於葉片周圍流場和溫度場的變化，並討論冷卻流體對葉片壁面的溫度與熱傳影響。本文的另一重點在於使用移動邊界條件，分析渦輪葉片在移動式薄膜冷卻下的暫態流場與溫度場，以及固定與移動狀態薄膜冷卻孔道設計與薄膜冷卻效率的比較。 綜合分析結果，薄膜冷卻必須配合葉片流場以達到良好的薄膜冷卻效率，故在葉片運轉時，需配合葉片在工作轉速下所產生流場與相對葉片的遲滯點作為頭端蓮蓬頭式冷卻孔之設計，以達到最佳薄膜冷卻效率。

Film-cooling is one of schemes to decrease heat load of a gas turbine blade. A finite volume scheme and high Reynolds K-E turbulent model are used to analyze the effects the stationary and moving blades on film-cooling process. The results show that the optimal positions of the holes of the cooling film are different between the blade under the stationary and moving situations. Then, in order to gain efficient film-cooling scheme the effect of the movement of the blades should be taken into consideration.