Оценка теплового состояния рабочей лопатки турбины высокого давления на основе трехмерного моделирования

Представлена методика оценки теплового состояния охлаждаемых лопаток турбин с учетом трехмерных и нестационарных особенностей потока. Данная методика включает в себя два этапа расчетного анализа: моделирование статор-ротор взаимодействия в исследуемой ступени и выполнение газодинамического расчета в совместной постановке (газ - твердое тело). Проведено сопоставление результатов численного моделирования с экспериментальными данными по тепловому состоянию рабочих лопаток первой ступени ТВД авиационного двигателя. Экспериментальные данные были получены с применением термопар и термокристаллов в процессе испытаний газогенератора данного двигателя. Получено хорошее соответствие между расчетными и экспериментальными данными. Исследован эффект сегрегации газа в межлопаточном канале ротора. Показано, что учет нестационарных эффектов приводит к увеличению адиабатической температуры стенки как со стороны спинки, так и со стороны корыта лопатки. Максимальный эффект сегрегации наблюдается в тех сечениях лопатки, где влияние радиальных и вторичных течений минимально. Совместная постановка позволяет проводить детальный анализ эффективности пленочного охлаждения лопаток по концентрации охлаждающего воздуха, выявлять проблемные участки на исследуемой лопатке, как со стороны внутренней полости, так и со стороны внешнего обтекания и определять трехмерное распределение температуры в исследуемой лопатке.