一种基于多孔介质和超临界状态流体循环的先进涡轮冷却方法

摘要

一种基于多孔介质和超临界状态流体循环的先进涡轮叶片冷却方法，通过在涡轮叶片内的冷却通道中填充多孔介质材料来增大有效换热面积，其有效换热面积取决于微观孔隙结构的形状、尺寸和排列方向；以流动阻力小、换热能力强的超临界状态流体为换热介质，使得涡轮的实际换热量相比于常规换热方式更大；可根据实际换热需求设计叶盘内的冷却通道数和叶片内的肋板数；可根据实际换热需求设计多空介质孔隙大小、形状和排列方向；叶片可通过激光快速成型技术或其它高能束快速成型技术整体加工；本发明直接快速成型，工艺简单，结构形位可设计性强。

主权项

一种基于多孔介质和超临界状态流体循环的涡轮叶片冷却方法，其特征在于：在所述叶片的冷却通道该叶片完全或部分填充多孔介质；所述多孔介质内的换热工质为超临界状态流体，所述超临界状态流体的循环为闭式间冷回热循环，所述超临界状态流体循环由第一微小尺度换热器(11)、第二微小尺度换热器(12)、第三微小尺度换热器(13)、多孔介质(14)、增压泵(15)构成；多孔介质(14)、第三微小尺度换热器(13)、第二微小尺度换热器(12)、增压泵(15)、第一微小尺度换热器(11)，各部件按上述顺序依次连接，且第一微小尺度换热器(11)与多孔介质(14)相连，形成循环；所述超临界状态流体循环中超临界状态流体在高压压气机前的第一微小尺度换热器(11)中对主流进行冷却，之后在高压涡轮(6)和低压涡轮(7)内的多孔介质(14)中吸热升温，经过高压压气机(4)后的第三微小尺度换热器(13)对进入燃烧室(5)前的气体进行预热，再流经外涵道的第二微小尺度换热器(12)冷却降温，并利用高压级带动的增压泵(15)对超临界状态流体增压，最后流回高压压气机(4)前形成封闭循环；当外涵道流体冷却能力不够时，借助于从油箱(9)中流出，经泵(10)增压后的燃料在第二微小尺度换热器(12)中换热进行降温。