涡轮的冷却
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2 3 2 1 2 冷却机匣
来自压气机的空气
喷嘴环
工作轮叶片
冷却叶片 和轮盘 来自压气机的空气
涡轮冷却方式
• 对流冷却
– 冷却空气从叶片内若干专门的通道流过，与壁面产生 热交换，将热量带走。
叶身精铸处9个 径向小圆孔
冷却空气由中 间叶跟两侧小 孔流入叶身
涡轮冷却方式
• 冲击冷却
– 使一股或多股冷却空气射流正对着被冷却的表面。
涡轮冷却方式
• 采用对流、冲击和气膜三中冷却方式
涡轮冷却结构
涡轮冷却效果
冷却效果的确定 1.0
0.8
发散
冷 却效 率
0.6
冲击 /横向流 气膜 多通道/往返支板式
/无气 前缘冲击 膜
0.4 0.2
简
径向 单
冷却 流
0 0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
冷却空气量占百分比/% WAB
导流叶片开有小孔和缝隙， 对准叶片内表面特别需要冷 却的部位，加强冷却效果
冷却空气从圆管两端进入， 由圆管前缘小孔排出，冷却 叶片前缘。
涡轮冷却方式
• 气膜冷却
– 冷却空气进入叶片内腔，通过叶片壁面上大量小孔流 出，在叶片表面形成一层气膜。
涡轮冷却方式
• 发散冷却
– 冷却空气从叶片内腔通过叶片壁面上无数微孔渗出， 像出汗一样，在叶片表面形成气膜。
陶瓷基复合材料和陶瓷 热屏障涂层
金属基复 合材料
纤维强化超合金 常规制造 氧化物扩散强化超合金 共晶体 单晶 定向凝固超合金
1400 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 在发动机中应用的大概年代
涡轮冷却原理
• 充分利用冷却空气（温度较低）与涡轮基体内部的冲击、 对流换热、与叶片外表面的对流换热以及冷却空气在叶片 表面形成气膜隔绝燃气保护叶片，从而降低涡轮叶片的温 度。
涡 轮 的 冷 却
百度文库
为什么需要冷却？
• 提高涡轮进口温度是增大和提高发动机推力与推 重比的重要手段。 • 在材料耐温能力有限的前提下，涡轮叶片冷却技 术成为了提高涡轮进口温度、保证涡轮在高温环 境下可靠工作的可行且高效的途径。
3000 2800
材 料表面温度/K
碳/碳复合材料
2600 2400 2200 2000 1800 1600
来自压气机的空气
喷嘴环
工作轮叶片
冷却叶片 和轮盘 来自压气机的空气
涡轮冷却方式
• 对流冷却
– 冷却空气从叶片内若干专门的通道流过，与壁面产生 热交换，将热量带走。
叶身精铸处9个 径向小圆孔
冷却空气由中 间叶跟两侧小 孔流入叶身
涡轮冷却方式
• 冲击冷却
– 使一股或多股冷却空气射流正对着被冷却的表面。
涡轮冷却方式
• 采用对流、冲击和气膜三中冷却方式
涡轮冷却结构
涡轮冷却效果
冷却效果的确定 1.0
0.8
发散
冷 却效 率
0.6
冲击 /横向流 气膜 多通道/往返支板式
/无气 前缘冲击 膜
0.4 0.2
简
径向 单
冷却 流
0 0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
冷却空气量占百分比/% WAB
导流叶片开有小孔和缝隙， 对准叶片内表面特别需要冷 却的部位，加强冷却效果
冷却空气从圆管两端进入， 由圆管前缘小孔排出，冷却 叶片前缘。
涡轮冷却方式
• 气膜冷却
– 冷却空气进入叶片内腔，通过叶片壁面上大量小孔流 出，在叶片表面形成一层气膜。
涡轮冷却方式
• 发散冷却
– 冷却空气从叶片内腔通过叶片壁面上无数微孔渗出， 像出汗一样，在叶片表面形成气膜。
陶瓷基复合材料和陶瓷 热屏障涂层
金属基复 合材料
纤维强化超合金 常规制造 氧化物扩散强化超合金 共晶体 单晶 定向凝固超合金
1400 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 在发动机中应用的大概年代
涡轮冷却原理
• 充分利用冷却空气（温度较低）与涡轮基体内部的冲击、 对流换热、与叶片外表面的对流换热以及冷却空气在叶片 表面形成气膜隔绝燃气保护叶片，从而降低涡轮叶片的温 度。
涡 轮 的 冷 却
百度文库
为什么需要冷却？
• 提高涡轮进口温度是增大和提高发动机推力与推 重比的重要手段。 • 在材料耐温能力有限的前提下，涡轮叶片冷却技 术成为了提高涡轮进口温度、保证涡轮在高温环 境下可靠工作的可行且高效的途径。
3000 2800
材 料表面温度/K
碳/碳复合材料
2600 2400 2200 2000 1800 1600