透平端壁冷却及泛冷却最优的端壁造型设计研究

摘要

结合克里金代理模型、NSGA-II算法和数值评估方法构建了涡轮叶栅非轴对称端壁造型优化设计系统,以端壁冷却和叶片泛冷却效率最优为设计目标,开展了考虑上游槽缝射流的非轴对称端壁造型多目标优化研究.对比分析了预旋射流下,优化设计的非轴对称端壁和参考设计端壁的冷却性能.结果表明:相比于参考设计,端壁冷却效率最优的优化设计1和综合端壁冷却与叶片泛冷却效率性能的优化设计2的端壁平均冷却效率分别提高了3.52％ 和2.18％;压力侧端壁冷却覆盖面积在非轴对称造型后显著增大;非轴对称端壁造型设计通过抑制二次涡而降低了叶片的泛冷却效率;非轴对称端壁造型设计改变了通道涡引起的高换热区位置.槽缝冷气量为1％ 时,2种优化设计在槽缝冷气射流预旋比0.6下均提高了压力侧端壁的冷却效率;槽缝冷气量为1.5％ 时,2种优化设计均扩大了压力侧端壁冷气覆盖面积,但是在槽缝冷却射流预旋作用下降低了叶栅端壁前部区域的冷却效率.