【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气膜冷却，尤其是涉及一种应用于航空发动机或燃气轮机的防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔。
技术介绍
1、现代航空发动机的工作温度远远超过典型高温金属的熔化温度，为了获取更高的热效率和功率输出，工作温度正不断提高。为了确保发动机的可持续运行，先进的冷却技术对于防止高温部件烧毁至关重要。气膜冷却作为一种实用的冷却技术，通过在表面上形成薄的冷却剂层以保护其免受过热气体的影响，从而延长运行时间。然而，在不断增高的航空发动机入口温度下，用相同或更少量的冷却剂保持足够的冷却仍然是一个很大的挑战。
2、实际工作过程中，燃烧不充分导致上游的燃气中往往存在颗粒物杂质，而杂质撞击在涡轮叶片上会改变涡轮叶片的表面形貌、堵塞气膜孔。因此，必须不断改进气膜冷却技术，例如通过提出或优化冷却孔形状来减少颗粒沉积与堵塞。随着叶片加工技术的不断发展，结构复杂的可周期性吹扫的气膜孔也逐渐得到了应用。
3、气膜冷却过程中，高温燃气主流与冷气射流发生掺混，射流受主流的影响在孔下游形成薄膜状的气膜，覆盖在叶片表面，减少叶片表面的热负荷。同样，射流形成的气膜也会隔断大多数颗粒沉积在叶片表面，而对于已经沉积在叶片表面上的颗粒，由于气膜内的流场比较稳定，剪切流速小，无法做到有效的吹扫清除，则会导致颗粒物不断积累，最终改变叶片表面形貌，影响叶片气动性能，降低涡轮叶片的做功效率。且若气膜孔发生堵塞，会导致气膜效率下降，叶片将被高温烧蚀。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供了一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其内流动有低温射流，所述气膜冷却孔包括入口段、振荡腔和出口段；所述振荡腔通过其内对称设置的弧形结构体将腔体分为中心流道和两条旁路，通过两条旁路中的气流与中心流道中的主流对冲以呈现振荡腔内周期性气流振荡；
4、其中，所述弧形结构体沿中心流道方向的两个端部在侧向截面分别形成第一级喉部和第二级喉部；第一级喉部和第二级喉部之间形成第一级气室；所述第二级喉部至出口段前形成第二级气室；
5、经过冷气入口段后的低温射流，在第一级喉部处分流至中心流道和两条旁路，在第二级喉部处光滑过渡到中心流道，三路重新会合，并从出口段流出，在振荡气膜冷却孔出口形成展向上左右扫掠的气膜。
6、优选地，所述振荡气膜冷却孔的射流角θ范围为15-50°。
7、优选地，所述振荡气膜冷却孔的侧面向为等高结构。
8、优选地，所述入口段为矩形截面冷气入口段，且矩形截面的高宽比h/d范围为1～2，其中，h为矩形截面高度，d为矩形截面宽度；
9、所述振荡腔的径向长度与矩形截面宽度d的比值、出口段的径向长度与矩形截面宽度d的比值均为设定值。
10、优选地，所述入口段的矩形截面宽度d范围为0.1-5mm。
11、优选地，所述入口段的径向长度l1为3d～5d，其中，d为矩形截面宽度。
12、优选地，所述冷气入口段的尾部至第一级喉部的径向距离l2为1d～3d，其中，d为矩形截面宽度。
13、优选地，所述第一级气室的径向长度l3为6d～8d，其中，d为矩形截面宽度。
14、优选地，所述第一级喉部的宽度与入口段的矩形截面宽度d的比值k1、第二级喉部的宽度口段的矩形截面宽度d的比值k2为设定值，且满足k2>k1>1。
15、优选地，所述振荡气膜冷却孔为3d打印一体化结构。
16、所述振荡气膜冷却孔的工作原理为：
17、低温射流由入口段进入后，在振荡腔受到扰动影响，气流根据扰动的方向选择一侧旁路部分进气，从一侧旁路进入的部分气流在第二级喉部处与从中心流道流过的主流对冲，二者在第二级气室处会合，气流流出时向下游偏右或偏左的方向射出，随后压力差的分布导致另一侧旁路开始出现部分进气，在第二级喉部处与从中心流道流过的主流对冲，二者在第二级气室会合，使主流流出时向下游偏左或右的方向射出，形成周期性的出口段延伸到下游的左右摇摆的气膜，用于吹扫振荡气膜冷却孔上游流动的带有颗粒物杂质的高温燃气。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
19、1)振荡气膜冷却孔沿低温射流流向方向分为三个部分，入口段是矩形截面，振荡腔段使低温射流周期性左右震荡，通过出口段后，将左右扫掠的冷气排出，吹扫沉积在气膜孔和叶片上的颗粒物；
20、2)通过改变低温射流的流量来控制周期性振荡的频率以及吹风比，流量越大，对应的振荡频率越大，吹风比越高，附着在叶片表面的颗粒越容易被吹离；
21、3)周期性扫掠的气膜孔可以更加均匀的覆盖气膜孔的下游区域，在展向平均上的气膜冷却效率优于传统孔型；
22、4)本专利技术结构简单紧凑、采用3d打印的方法进行加工制造，具有很好的应用前景；
23、5)本专利技术提出的气膜冷却孔结构，增加了气膜孔多样性、功能性。
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1.一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其内流动有低温射流(9)，其特征在于，所述气膜冷却孔包括入口段(1)、振荡腔(2)和出口段(3)；所述振荡腔(2)通过其内对称设置的弧形结构体(21)将腔体分为中心流道和两条旁路，通过两条旁路中的气流与中心流道中的主流对冲以呈现振荡腔(2)内周期性气流振荡；
2.根据权利要求1所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述振荡气膜冷却孔的射流角θ范围为15-50°。
3.根据权利要求1所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述振荡气膜冷却孔的侧面向为等高结构。
4.根据权利要求3所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述入口段(1)为矩形截面冷气入口段，且矩形截面的高宽比h/d范围为1～2，其中，h为矩形截面高度，d为矩形截面宽度；
5.根据权利要求4所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述入口段(1)的矩形截面宽度d范围为0.1-5mm。
6.根据权利要求4所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述入口段(1)的径向长度L1为
7.根据权利要求4所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述冷气入口段(1)的尾部至第一级喉部(4)的径向距离L2为1d～3d，其中，d为矩形截面宽度。
8.根据权利要求4所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述第一级气室(5)的径向长度L3为6d～8d，其中，d为矩形截面宽度。
9.根据权利要求4所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述第一级喉部(4)的宽度与入口段(1)的矩形截面宽度d的比值k1、第二级喉部(6)的宽度口段(1)的矩形截面宽度d的比值k2为设定值，且满足k2>k1>1。
10.根据权利要求1所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述振荡气膜冷却孔为3D打印一体化结构。
...【技术特征摘要】
1.一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其内流动有低温射流(9)，其特征在于，所述气膜冷却孔包括入口段(1)、振荡腔(2)和出口段(3)；所述振荡腔(2)通过其内对称设置的弧形结构体(21)将腔体分为中心流道和两条旁路，通过两条旁路中的气流与中心流道中的主流对冲以呈现振荡腔(2)内周期性气流振荡；
2.根据权利要求1所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述振荡气膜冷却孔的射流角θ范围为15-50°。
3.根据权利要求1所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述振荡气膜冷却孔的侧面向为等高结构。
4.根据权利要求3所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述入口段(1)为矩形截面冷气入口段，且矩形截面的高宽比h/d范围为1～2，其中，h为矩形截面高度，d为矩形截面宽度；
5.根据权利要求4所述的一种防颗粒沉积的振荡气膜冷却孔，其特征在于，所述入口段(1)的矩形截面宽度d范围为0.1...
【专利技术属性】
技术研发人员：周文武，张天伦，温新，彭迪，刘应征，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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