本发明属于燃气轮机设计，特别涉及一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法。
背景技术：
1、随着燃气轮机性能指标的不断提高及其工作使用边界的不断拓宽，涡轮进口温度不断增加，对高负荷条件下长时间连续工作的涡轮叶片材料耐温等级和冷却结构设计提出了更高要求。
2、在现役发动机运行和新发动机研制过程中，涡轮叶片存在着较难冷却的区域，特别是尺寸空间相对狭小、流动相对复杂的端壁及叶顶等位置极易形成冷却“盲区”甚至“死区”，这些位置的金属温度均接近叶片合金的耐热极限，类似现象在国外研究人员开展燃气轮机设计与试验时也有报道。西门子等公司瞬态液晶测量和数值计算获得的涡轮动叶表面温度分布显示：在叶身、端壁和叶顶处出现明显的局部高温区。这些难以冷却的局部高温区域极易导致涡轮叶片发生局部烧蚀，给涡轮叶片冷却设计带来了极大的困难。加之随着发动机使用环境的拓宽、性能要求的提高，涡轮进口温度不断提高，进一步增大了涡轮叶片冷却结构的设计难度。
3、因此，在传统大尺度冷却结构难以满足冷却“盲区”、“死区”降温需求的情况下，创新和发展涡轮叶片的高效冷却结构，在不增加冷气用量的基础上进一步提升冷却效果，对于先进高性能燃气涡轮发动机研制具有重要的科学意义和实用价值。
技术实现思路
1、本发明实施例提供一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，能够解决燃气轮机高压涡轮动叶叶身受结构尺寸空间以及冷却空气用量限制，导致叶身温度分布不均匀，引发叶片烧蚀、裂纹等故障的问题，避免叶片超温运行，引起叶片失效无法工作。
2、本发明实施例中，提供一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，包括：
3、s101、根据涡轮动叶叶身外型，确定不带微细管阵冷却通道的涡轮动叶叶身冷却结构，对涡轮动叶进行全三维流热耦合计算分析，确定所述动叶叶身温度场分布情况及数据信息，作为后续分析及采用带有竹节形微细管阵冷却结构设计后的对比依据；
4、s102、确定所述涡轮动叶叶身中待布置强化冷却结构的高温区位置；
5、s103、根据动叶叶身的表面结构，结合所述动叶叶身至少包括叶身壁厚、前缘气膜结构、尾缘排气结构的尺寸参数，给定涡轮动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构参数；
6、s104、构建带有竹节形微细管阵冷却结构的涡轮动叶整体三维模型，推断所述涡轮动叶叶身冷却空气用量及带竹节形微细管阵冷却结构后涡轮动叶叶身冷却空气用量；
7、s105、基于带有竹节形鼓包微细管阵冷却结构的涡轮动叶整体三维模型，划分全三维计算所需的流体域和固体域网格，开展全三维流热耦合计算分析，得到动叶叶身温度场分布及温度数据；
8、s106、基于冷却空气用量与原给定冷却空气用量的比值，确定涡轮动叶叶身的外型减薄量；
9、s107、基于涡轮动叶叶身内部冷却通道面积减小比例、叶身外型厚度，重新构建涡轮动叶叶身的冷却结构，并利用三维建模工具，建立调整叶型后的涡轮动叶叶身及冷却通道三维模型；
10、s108、根据调整叶型后的涡轮动叶叶身三维模型、动叶叶身内部冷却通道面积减小比例，调整根截面和顶截面竹节形微细管的位置、每个圆形通道管管径、通道管中心间距，每个微细通道沿叶片高度方向竹节形鼓包数量、竹节形鼓包间距、每个竹节形鼓包管径核长度，以及包括微细管通道数量的竹节形鼓包微细管阵冷却结构参数；
11、s109、构建叶身减薄后带竹节形微细管阵冷却结构的涡轮动叶整体三维模型，进行涡轮动叶叶身的全三维流热耦合计算分析，得到动叶叶身的温度场分布及温度数据；若涡轮动叶叶身温度参数符合预定温度标准，则设计过程结束；否则，调整涡轮动叶叶身外型减薄量、竹节形鼓包微细管阵冷却结构参数重复s106～s108，直至涡轮动叶叶身温度参数达到预定标准。
12、进一步地，根据动叶叶身的表面结构，结合所述动叶叶身至少包括叶身壁厚、前缘气膜结构、尾缘排气结构的尺寸参数，给定涡轮动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构参数，包括：
13、基于涡轮动叶叶身待强化冷却的具体位置，根据涡轮动叶叶身厚度细长的结构特点，结合至少包括涡轮动叶叶身壁厚、前缘气膜结构、尾缘排气结构的尺寸参数，给定涡轮动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构参数；
14、其中，微细管通道数量n；在根截面，每个微细管中心沿叶身壁厚中线方向的位置到叶身壁厚中线前缘点的距离hh,i、每个圆形通道管管径φh,i、通道管中心间距lh,i；在顶截面，每个微细管中心沿叶身厚度中线方向的位置到叶身厚度中线前缘点的距离ht,i、每个圆形通道管管径φt,i、通管中心间距lt,i；每个微细通道沿叶片高度方向竹节形鼓包数量mj、竹节形鼓包间距gj,k每个竹节形鼓包直径ψj,k和长度lj,k。
15、进一步地，基于冷却空气用量与原给定冷却空气用量的比值，确定涡轮动叶叶身的外型减薄量，包括：
16、所述冷却空气用量与原给定冷却空气用量的比值，即涡轮动叶叶身内部冷却通道面积减小比例；在原涡轮动叶叶身内部冷却通道基础上，缩小得到新的涡轮动叶叶身内部冷却通道，保持动叶叶身壁厚不变，在新的涡轮动叶叶身内部冷却通道向外偏置动叶叶身壁厚，得到调整内部冷却通道后的叶身外型厚度，调整内部冷却通道后的叶身外型厚度与调整前的差即为叶身外型减薄量。
17、进一步地，基于带有竹节形鼓包微细管阵冷却结构的涡轮动叶整体三维模型，划分全三维计算所需流体域和固体域网格，得到动叶叶身温度场分布及温度数据，包括：
18、将涡轮动叶叶身温度场分布及温度数据，与所动叶叶身温度场分布情况及数据信息对比分析，若得到的涡轮动叶叶身温度参数符合预定温度标准，则执行s106；否则，至少通过增加微细管排的数量或增大微细管和竹节形鼓包的直径中的一种或多种调整竹节形鼓包微细管阵冷却结构参数，重复执行s104～s105，直至涡轮动叶叶身温度参数达到所述预定温度标准。
19、进一步地，所述预定温度标准，包括：
20、若涡轮动叶叶身最高温度高于所用金属材料耐温等级，则预定温度标准为：涡轮动叶叶身最高温度低于所用金属材料耐温等级；
21、若涡轮动叶叶身最高温度低于所用金属材料耐温等级，则预定温度标准为：涡轮动叶叶身最高温度降低不低于20℃。
22、进一步地，所述竹节形微细管阵冷却结构，其圆管管径取值在0.1mm～1mm之间，设置微细管排配合竹节形强化冷却结构增加冷却通道的换热面积，增大对流换热系数，实现叶身的超级冷却；同时，配合涡轮动叶叶身的前缘气膜冷却，实现高压涡轮动叶叶身冷却的全覆盖。
23、进一步地，所述方法，包括：
24、所述竹节形微细管阵冷却结构冷却，布置在叶身金属壁内部，原有内部冷却空腔缩小，动叶叶身型线厚度减薄，减小涡轮动叶叶身的受热面积。
25、进一步地，确定所述涡轮动叶叶身中待布置强化冷却结构的高温区位置，包括：
26、基于动叶叶身温度场分布及温度数据，判断涡轮动叶叶身高温区的位置，即为涡轮动叶叶身需要重点强化冷却的具体位置，后续将对这些高温区域布置竹节形微细管阵冷却结构。
27、进一步地，计算域三维建模软件采用ug nx软件，全三维流热耦合计算分析软件采用cfx、fluent软件，网格划分采用icem cfd软件。
28、本发明所带来的有益效果如下：
29、从上述方案可以看出，本发明实施例提供一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，通过构建涡轮动叶叶身外型及内部冷却结构，确定涡轮动叶叶身需要强化冷却的位置。给定涡轮动叶叶身竹节形鼓包微细管阵冷却结构参数，构建动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构的涡轮动叶整体三维模型，预设涡轮动叶叶身的冷却空气减少量；进行涡轮动叶叶身全三维流热耦合计算分析，确定涡轮动叶叶身外型减薄量，调整涡轮动叶叶身、冷却结构及竹节形鼓包微细管阵冷却参数；构建叶身减薄后带竹节形微细管阵冷却结构的涡轮动叶整体三维模型，进行涡轮动叶叶身全三维流热耦合计算分析，得到涡轮动叶叶身温度场分布信息，若涡轮动叶叶身的温度参数符合预定温度标准，涡轮动叶叶身带有竹节形鼓包的微细管阵冷却结构设计完成。本发明技术方案，能够解决燃气轮机高压涡轮动叶叶身受结构尺寸空间以及冷却空气用量限制，导致叶身温度分布不均匀，引发叶片烧蚀、裂纹等故障的问题，避免叶片超温运行，引起叶片失效无法工作。
1.一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，所述设计方法，包括：
2.根据权利要求1所述的一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，根据动叶叶身的表面结构，结合所述动叶叶身至少包括叶身壁厚、前缘气膜结构、尾缘排气结构的尺寸参数，给定涡轮动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构参数，包括：
3.根据权利要求1所述的一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，基于冷却空气用量与原给定冷却空气用量的比值，确定涡轮动叶叶身的外型减薄量，包括：
4.根据权利要求1所述的一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，基于带有竹节形鼓包微细管阵冷却结构的涡轮动叶整体三维模型，划分全三维计算所需流体域和固体域网格，开展全三维流热耦合计算分析，得到动叶叶身温度场分布及温度数据，包括：
5.根据权利要求4所述的一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，所述预定温度标准，包括：
6.根据权利要求1所述的一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，所述竹节形微细管阵冷却结构，其圆管管径取值在0.1mm～1mm之间，设置微细管排配合竹节形强化冷却结构增加冷却通道的换热面积，增大对流换热系数，实现叶身的超级冷却；同时，配合涡轮动叶叶身的前缘气膜冷却，实现高压涡轮动叶叶身冷却的全覆盖。
7.根据权利要求1所述的一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，所述方法，包括：
8.根据权利要求1所述的一种动叶叶身带有竹节形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，确定所述涡轮动叶叶身中待布置强化冷却结构的高温区位置，包括：
9.根据权利要求1所述的一种动叶叶身带有竹节形形鼓包的微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，计算域三维建模软件采用ug nx软件，全三维流热耦合计算分析软件采用cfx、fluent软件，网格划分采用icem cfd软件。
