一种用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法

本发明属于涡轮叶片传热设计，尤其涉及一种用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法。

背景技术：

1、随着航空发动机涡轮前温度的提升，发动机的推力因此提升。然而，逐年增高的温度会带来不可忽略的辐射影响。在以往的涡轮叶片气膜冷却结构设计中，对于辐射的考虑通常是凭借经验给定一个冷却裕度，没有一个统一的标准，影响叶片的精细化设计。为了提高考虑辐射时涡轮叶片的设计精度，需要发展气膜冷却涡轮叶片温度的热辐射修正方法，具有工程适用性强的特点。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，通过努塞尔数的辐射修正得到考虑辐射影响后的气膜冷却的涡轮叶片温度以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，包括：

3、建立适用于涡轮叶片气膜冷却结构的对流努塞尔数关联式，基于所述对流努塞尔数关联式计算对流努塞尔数；

4、基于影响换热的辐射参数建立辐射-对流努塞尔数关联式，基于所述辐射-对流努塞尔数关联式计算辐射-对流努塞尔数；

5、基于所述对流努塞尔数和所述辐射-对流努塞尔数进行努塞尔数的辐射修正；

6、去除流体域，基于辐射修正后的努塞尔数进行导热计算获得辐射修正后的涡轮叶片温度。

7、可选地，基于流动换热无量纲参数建立适用于涡轮叶片气膜冷却结构的对流努塞尔数关联式；其中，所述流动换热参数一般包括：主流雷诺数、主流与冷气温度比、吹风比。

8、可选地，所述对流努塞尔数关联式的表达式为：

9、

10、式中，nuconv为对流努塞尔数，reg为主流雷诺数，tr为主流与冷气温度比，m为吹风比，a1、a2、a3、a4为待拟合参数。

11、可选地，影响换热的辐射参数包括辐射数和光学厚度；

12、其中，所述辐射数的表达式为：

13、

14、所述光学厚度的表达式为：

15、τg＝κ·l

16、式中，r为辐射数，ρg为主流密度，cp,g为主流定压比热，ug为主流流速，ε为发射率，σ为stefan-boltzmann常数，tg为主流温度，τg表示光学厚度，κ为吸收系数，l为特征长度。

17、可选地，所述辐射-对流努塞尔数关联式的表达式为：

18、

19、式中，nur-c为辐射-对流努塞尔数，r为辐射数，τg表示光学厚度，a5、a6、a7为待拟合参数。

20、可选地，进行努塞尔数的辐射修正的过程包括：

21、基于所述对流努塞尔数和所述辐射-对流努塞尔数得到辐射努塞尔数；

22、基于所述辐射努塞尔数计算得到考虑辐射后的努塞尔数；

23、基于所述考虑辐射后的努塞尔数和导热系数进行努塞尔数的辐射修正。

24、可选地，进行努塞尔数的辐射修正获得对流换热系数；所述对流换热系数的表达式为：

25、

26、式中，h为对流换热系数，s为导热系数，l为特征长度，nutot为考虑辐射后的努塞尔数。

27、可选地，获得辐射修正后的气膜冷却涡轮叶片温度的过程包括：

28、去除流体域，对固体域施加第三类边界条件并进行导热计算得到辐射修正后的气膜冷却涡轮叶片温度；

29、其中，所述第三类边界条件包括主流温度和对流换热系数。

30、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

31、本发明提出了一种用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，通过拟合得到的对流努塞尔数以及辐射-对流努塞尔数，对现有未考虑辐射影响时的换热系数进行修正，然后进行叶片气膜冷却结构纯固体域的导热计算，获得辐射修正后的叶片温度分布，解决了目前工程算法中对涡轮叶片温度计算时辐射考虑不准确的问题。

技术特征：

1.一种用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，其特征在于，基于流动换热参数建立适用于涡轮叶片气膜冷却结构的对流努塞尔数关联式；其中，所述流动换热参数包括：主流雷诺数、主流与冷气温度比、吹风比。

3.根据权利要求2所述的用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，其特征在于，所述对流努塞尔数关联式的表达式为：

4.根据权利要求1所述的用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，其特征在于，影响换热的辐射参数的包括辐射数和光学厚度；

5.根据权利要求4所述的用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，其特征在于，所述辐射-对流努塞尔数关联式的表达式为：

6.根据权利要求1所述的用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，其特征在于，进行努塞尔数的辐射修正的过程包括：

7.根据权利要求6所述的用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，其特征在于，进行努塞尔数的辐射修正获得对流换热系数；所述对流换热系数的表达式为：

8.根据权利要求7所述的用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，其特征在于，获得热辐射修正后的气膜冷却涡轮叶片温度的过程包括：

技术总结本发明公开了一种用于计算涡轮叶片气膜冷却温度的热辐射修正方法，属于涡轮叶片传热设计领域，该方法包括以下步骤：建立适用于涡轮叶片气膜冷却结构的对流努塞尔数关联式，基于对流努塞尔数关联式计算对流努塞尔数；基于影响换热的辐射参数建立辐射‑对流努塞尔数关联式，基于辐射‑对流努塞尔数关联式计算辐射‑对流努塞尔数；基于对流努塞尔数和辐射‑对流努塞尔数进行努塞尔数的辐射修正；去除流体域，基于辐射修正后的努塞尔数进行导热计算获得辐射修正后的涡轮叶片温度。技术研发人员：由儒全,李海旺,王孟,刘润洲受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26