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现代燃烧室出口不仅具有热斑,而且具有强旋流和伴随的高湍流度的流动特征,对高压涡轮级气热性能影响更加明显,为高性能涡轮级气热设计带来了挑战。科研人员设计**了具有旋流器的高压涡轮气热性能实验研究平台,结合数值方法开展了热斑和旋流综合作用对涡轮级流场型态、传热冷却性能影响规律的研究。

预混稳定了燃烧,同时增强了燃烧室出口旋流和湍流度。为研究燃烧室出口的旋流和湍流度综合作用对高压涡轮气热性能的影响,科研人员采用集成模拟燃烧室旋流器的生成装置和高压涡轮级的实验台与数值方法进行研究。

静止和旋转实验平台为燃烧室和涡轮相互作用下非均匀气热参数热斑、旋流和湍流度流动条件下高压涡轮级气热性能的测量提供了机理性和验证性的实验数据,为真实环境下高压涡轮级的气热性能分析和冷却设计提供了基础。国内在燃烧室和涡轮相互作用下高压涡轮气热性能研究的实验测量平台方面设计搭建了热斑和旋流对涡轮气热性能影响的测量装置,在进口旋流和热斑耦合作用下的涡轮气热性能研究的实验台**方面需要加强,从而为掌握核心技术提供测量数据和验证平台。

燃烧室出口热斑、强旋流和高湍流度的气热参数分布特征直接影响下游高压涡轮级的滞止区分离线偏移和二次流与通道涡的涡系结构,同时热斑和旋流在涡轮叶栅通道中的迁移特性影响其气动损失、传热性能和冷却特性。此外,采用贫油预混燃烧技术的燃烧室内旋流器产生的旋涡核心迁移到涡轮级进口,结合较少或者没有稀释气流导致燃烧室出口温度分布沿径向变得平缓,直接增加了高压涡轮级静叶端壁的热负荷,结合旋流改变的端壁二次流型态,并与气膜冷却射流掺混而影响其冷却性能,给高热负荷的端壁区域冷却设计增加了难度。

航空发动机实际运行工况时燃烧室和涡轮相互作用下高压涡轮级气热性能参数的实验测量异常困难,主要原因是燃烧室出口的高温区域和非均匀温度热斑与旋流的测量。目前国内外科研机构采用无化学反应的模拟热斑和旋流生成装置结合高压涡轮级的静止和旋转实验台开展燃烧室和涡轮相互作用下高压涡轮级气热性能的实验研究,同时结合实验测量数据验证的CFD数值方法进行高压涡轮级精细化气热性能分析。