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透平叶片气膜冷却及冷气掺混损失研究

透平叶片气膜冷却及冷气掺混损失研究

摘要：透平叶片气膜冷却是提高透平性能和延长叶片寿命的重要手

段。然而，冷气掺混在气膜冷却过程中引起能量损失，降低了透平的效

率。本文以透平叶片气膜冷却及冷气掺混损失为研究对象，重点探讨了

气膜流动和冷气掺混对透平性能的影响，并提出了改善透平性能的方法。

1.引言

透平是一种重要的能量转换设备，在发电、航空和工业生产中有着

广泛的应用。透平叶片是透平的关键部件，其工作状态会直接影响透平

的性能和寿命。传统的透平叶片冷却方法主要包括内部冷却、表面膨胀

孔冷却和气膜冷却等。其中，气膜冷却技术因其具有较大的冷却效果和

较小的冷却压力损失而备受关注。

2.透平叶片气膜冷却

透平叶片气膜冷却是在叶片表面形成一层薄薄的膜状气体，通过气

膜与叶片表面进行热传递，实现叶片的冷却。气膜冷却的优点是冷却效

果好、冷却压力损失小、叶片受热均匀等。气膜冷却主要包括内膜冷却

和外膜冷却两种形式。内膜冷却是将冷却气体从叶片内部引出，形成内

膜，冷却叶片表面；外膜冷却是将冷却气体从叶片外部引入，形成外膜，

冷却叶片表面。根据不同的应用场景，可以选择合适的冷却方式。

3.冷气掺混损失

冷气掺混是指在透平叶片气膜冷却过程中，冷却气体与工作流体混

合的现象。由于冷气的温度较低，会引起工作流体温度的降低，从而造

成能量的损失。冷气掺混主要包括外气掺心、外膜内气掺混和内外膜气

体掺混等几种形式。冷气掺混会显著降低透平的效率，因此减少冷气掺

混损失具有重要的意义。

4.气膜流动与掺气损失分析

气膜流动是影响冷却效果和冷气掺混损失的重要因素。基于Navier-

Stokes方程和热传导方程，可以建立透平叶片气膜流动的数学模型，进

而研究气膜流动的特点和规律。根据数值模拟和实验数据分析，可以得

出气膜流动的动力学特征和掺气损失的大小，为下一步改善透平性能提

供参考。

5.改善透平性能的方法

为了改善透平性能，可以采取如下几种措施。首先，优化冷却气体

的选择和供应方式，以减少冷气掺混损失。其次，优化叶片表面的气膜

结构和参数，以提高气膜冷却效果。此外，可以通过改变叶片的形状和

表面涂层等方式，减小叶片的热负荷，降低冷却需求。

6.结论

透平叶片气膜冷却是提高透平性能和延长叶片寿命的重要手段。然

而，冷气掺混损失会降低透平的效率。通过对气膜流动和冷气掺混损失

的研究，可以更好地理解透平叶片气膜冷却的机理，为改善透平性能提

供科学依据。综上所述，透平叶片气膜冷却及冷气掺混损失的研究具有

重要的理论和实际意义。

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