燃气涡轮发动机涡轮转子叶片综合冷效模化方(征求意见稿)

1T/CSAAXX—2024燃气涡轮发动机涡轮转子叶片综合冷效模化方法本文件规定了旋转条件下，针对涡轮叶片动叶综合冷效模化方法的关键参数、关键参数匹配原则和关键参数影响指数获取等内容。本文件适用于旋转状态下涡轮叶片动叶综合冷效的模化。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。HB7081航空燃气涡轮发动机轴流涡轮气动性能试验方法HB20086航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法3术语和定义、符号和缩略语3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1.1主气mainair流经涡轮进口截面的空气或燃气。3.1.2冷气coolingair经涡轮冷却空气流路进入涡轮叶片的冷却空气。3.1.3温比temperatureratio涡轮转子主气进口总温与冷气进口总温之比。3.1.4流量比massflowratio单个试验叶片冷气流量与涡轮单个叶栅通道的主气流量之比。3.1.5试验状态testingconditions试验中将涡轮主气进口总压、主气进口总温、折合转速、温比、流量比等调节至目标值的状态。2T/CSAAXX—20243.1.6相似转速similarrotationalspeed涡轮转子转速与旋转半径的积除以主气进口总温的0.5次方，其表示转子转速的相似无量纲参数。3.1.7综合冷效overallcoolingeffectiveness评定涡轮叶片冷却性能的参数。冷却效果为主气进口总温与涡轮叶片表面温度之差同主气进口总温与冷气进口总温之差的比值。3.1.8试验关系式法experimentalrelationalmethod涡轮叶片试验中，当部分关键无量纲参数无法匹配时，利用该参数在试验工况与真实工况下数值之比，对结果进行修正的关系式。3.1.9入口气流角inletairflowangle叶片进口处气流与涡轮轴的相对角度。3.2符号和缩略语表1规定的符号适用于本文件。mNrMTKαθNudmλCKQmnzn-mscg3T/CSAAXX—2024WcGTsctz4试验关系式法表达式在相似原理的应用方面，基于传热相关方程，利用理论推导可以得到关系式：θ=C(KG)n(KT)z(Reg)n-m(QKN)………………（1）式中：C为物性参数系数；KG为流量比修正系数；KT为温比修正系数；Reg为主流雷诺数修正系数；KN为相似转速修正系数。公式（1）可以通过计算，实现不经试验可得到叶片综合冷效值，在完成试验后可对结果开展修正。例如：仅有雷诺数无法匹配时，通过此前试验流程获得雷诺数的指数n-m。可对试验得到的综合冷效结果θt通过乘以雷诺数相似参数来修正，从而与真实工况下的综合冷效θz最接近，修正关系式如下所示：………（2）5试验流程将工况模拟试验方法与试验关系式法结合，形成适用于各型叶片的快速模化指导理论，具体流程图如图2所示。具体如下：a）步骤1：针对试验台能否调节导叶角度确定试验流程。如果可以调节导叶，应通过导叶角度的调节保证试验工况的动叶入口气流角；如果导叶角度无法调节，考虑转速对于压力面、吸力面的不同影响趋势，应在后续针对转速的试验中将压力面与吸力面分开考虑。b）步骤2：基于步骤1，在试验台设计一组动叶入口气流角匹配的试验工况。该工况无需与真实工况相似，并设置多组对比工况，每个对比工况相对于试验工况仅改变主流雷诺数、温比、流量比及相似转速中的一项，且参与试验的参数并将每个对比工况的变化参数与试验工况参数求比值，与综合冷效结果比值联立，形成一个综合冷效随关键参数变化的曲线图，并将其拟合为指数函数。求解其指数，即为该关键参数的影响指数。以主流雷诺数为例，设置多个工况，每个4T/CSAAXX—2024工况仅改变主流雷诺数，将每个工况主流雷诺数与试验工况主流雷诺数之比设置为X轴，综合冷效与试验工况综合冷效之比设置为Y轴，即可形成一个以主流雷诺为自变量，综合冷效为因变量的曲线图，并拟合，求得雷诺数对综合冷效的影响指数。多个关键参数的影响指数统合，形成模化关系式：θ=C(KG)n(KT)z(Reg)n-m(QKN)。…………（3）图1模化流程示意图c）如步骤2中无法保证入口气流角，那么此时应针对压力面与吸力面分别统计试验结果，获得吸力面模化关系式：θs=C(KG)n(KT)z(Reg)n-m(QKNs)……（3）与压力面：5T/CSAAXX—2024θc=C(KG)n(KT)z(Reg)n-m(QKNc)………………（4）d）步骤3：为基于已有试验方法标准HB200086与HB7081，设置试验工况，试验工况主要保障该工况下与真实工况最相似。随后开展试验。e）步骤4：为针对试验工况中无法满足的无量纲参数进行修正。以雷诺数为例，试验中保证其他参数而无法保证主流雷诺数时，即可用以下关系式对试验结果开展修正，得到更贴近真实结果的综合冷效值：0.15………………（5）f）完成综合冷效的修正，最终得到的综合冷效值最贴近真实工况下的综合冷效。6数据录取和处理6.1数据录取主要录入以下方面参数：a）各个工况下的关键参数值；b）试验结果叶片平均综合冷效值。6.2数据处理基于各个参数的形式，对综合冷效结果进行数据处理，对于流量比，温比，雷诺数，分别将其与综合冷效结果的关系图绘制，拟合得到指数函数曲线图，曲线的指数即为上述三个无量纲参数的指数。对转速，将其与综合冷效结果的关系图绘制，拟合得到二次曲线图，其表达式即为转速对综合冷效影响的表达式。7数据报告模化后应并编制数据包括，至少应包括以下内容：a)试验目的；b)试验项目；c)试验设备与测试系统；d)试验件；e)试验方法；f)试验过程；g)试验结果的分析与评定；h)试验过程中遇到的问题及处理情况i)试验结论。6T/CSAAXX—2024参考文献[1]曹玉璋,陶智,徐国强,等.航空发动机传热学[M].北京航空航天大学出版社,2005.[2]杨世铭.传热学基础[M].高等教育出版社,1991.[3]Liu,R.,Li,H.,You,R.etal.Conjugateheattransferstudyofvariouscoolingstructuresandsensitivityanalysisofoverallcoolingeffectiveness.SciRep12,19271(2022)./10.1038/s41598-022-23948-6[4]Zhang,C.;Wang,W.;Wang,Z.;Tong,Z.ConjugateHeatTransferSimulationofOverallCoolingPerformanceforCrateredFilmCoolingHoles.Machines2022,10,395./10.3390/machines10050395[5]Cun-liangLiu,GangXie,RuiWang,LinYe,Studyonanalogyprincipleofoverallcoolingeffectivenessforcompositecoolingstructureswithimpingementandeffusion,InternationalJournalofHeatandMassTransfer,Volume127,PartB,2018,Pages639-650,ISSN0017-9310,/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.07.085.[6]Xu,G.,Du,Q.,Xu,Q.,Li,H.,andLiu,H.(May6,2024)."NumericalInvestigationonOverallCoolingEffectivenessofNarrow-ChannelDouble-WallCooling."ASME.J.HeatMassTransfer.August2024;146(8):083803./10.1115/1.4065350[7]Xie,G,Liu,C,Wang,R,Ye,L,&Niu,J."ExperimentalStudyonAnalogyPrincipleofOverallCoolingEffectivenessforCompositeCoolingStructuresWithBothInternalCoolingandFilmCooling."ProceedingsoftheASMETurboExpo2019:TurbomachineryTechnicalConferenceandExposition.Volume5A:HeatTransfer.Phoenix,Arizona,USA.June17-21,2019.V05AT10A002.ASME./10.1115/GT2019-90705[8]Xu,G.,Du,Q.,Xu,Q.,Li,H.,andLiu,H.(May6,2024)."NumericalInvestigationonOverallCoolingEff