本发明属于燃气轮机设计，特别涉及一种涡轮导叶缘板双排圆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涡轮导叶缘板双排圆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导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，冷却空气较难覆盖，导致叶片缘板烧蚀，引起叶片失效无法工作的问题。
2、本发明实施例中，提供一种涡轮导叶缘板双排圆形微细管阵冷却结构设计方法，包括：
3、s101、根据涡轮导叶叶身外型，确定不带微细管阵冷却通道的涡轮导叶叶身冷却结构，对涡轮导叶进行全三维流热耦合计算分析，确定导叶缘板温度场分布情况及数据信息，获得高压涡轮导叶缘板对流换热系数，得到高压涡轮导叶叶身温度场分布情况及数据信息；
4、s102、确定所述涡轮导叶缘板待布置强化冷却结构的高温区位置；
5、s103、根据导叶缘板的表面结构，结合涡轮导叶缘板至少包括导叶缘板厚度、宽度、长度的结构尺寸参数，给定涡轮导叶缘板上下两排圆形微细管阵的冷却结构参数；
6、s104、构建导叶缘板带有双排错开布置的微细管阵冷却结构高压涡轮导叶整体三维模型，建立高压涡轮导叶缘板微细管阵冷却三维流热耦合计算模型；
7、s105、基于涡轮导叶缘板三维模型，划分全三维计算所需的流体域和固体域网格，开展涡轮导叶缘板全三维流热耦合计算分析，得到涡轮导叶缘板温度场分布及温度数据，若涡轮导叶缘板温度场参数符合第一预定温度标准，则设计过程结束；否则，重复s101至s105，直至涡轮导叶缘板温度参数达到所述第一预定温度标准；
8、s106、进行涡轮导叶叶身及缘板整体全三维流热耦合计算分析，得到增加带有双排错开布置的微细管阵冷却结构后包含叶身及缘板的涡轮导叶的温度场参数和数据信息；若涡轮导叶温度场参数符合第一预定温度标准，则设计过程结束；否则，重复s101至s106，直至涡轮导叶温度参数达到所述第一预定温度标准。
9、进一步地，根据导叶缘板的表面结构，结合涡轮导叶缘板至少包括导叶缘板厚度、宽度、长度的结构尺寸参数，给定涡轮导叶缘板上下两排圆形微细管阵的冷却结构参数，包括：
10、基于涡轮导叶缘板需要强化冷却的具体位置，根据导叶缘板表面近似平行四边形的结构特点，结合至少包括涡轮导叶缘板厚度、宽度、长度的结构尺寸参数，给定上下两排圆形微细管阵冷却结构参数；
11、其中，所述上下两排圆形微细管阵冷却结构参数，包括：沿缘板厚度方向设置上下两排微细圆形管的位置到缘板通流表面的距离、沿缘板宽度方向设置上下两排微细圆形管的位置到缘板侧面的距离、沿缘板宽度方向设置上下两排微细圆形管的数量、上下两排每个微细管的管径。
12、进一步地，基于高压涡轮导叶缘板全三维流热耦合计算分析，划分全三维计算所需的流体域和固体域网格，得到导叶缘板温度场分布及温度数据，包括：
13、将涡轮导叶缘板微细管阵冷却三维流热耦合计算模型导入到网格划分程序，划分全三维计算所需的流体域和固体域网格，根据涡轮导叶缘板及叶身温度和对流换热系数，以及冷却空气进出口温度压力边界条件，利用全三维流热耦合计算分析程序，开展涡轮导叶缘板全三维流热耦合计算分析，得到涡轮导叶缘板温度场分布及数据；
14、若涡轮导叶缘板温度参数符合第二预定温度标准，则执行下一步；否则，通过至少包括减小上下两排管中心线到缘板通流表面的距离、增加两个微细管排管的数量、增大两个微细管排的管径、减小上下两排管之间的距离来调整横向单排圆形微细管阵冷却结构参数，重复s102至s105，直至涡轮导叶缘板温度参数达到所述第二预定温度标准。
15、进一步地，所述设计方法，包括：
16、若涡轮导叶缘板的最高温度高于所用金属材料耐温等级，则所述第二预定温度标准为：涡轮导叶缘板最高温度低于所用金属材料耐温等级；
17、若涡轮导叶缘板的最高温度低于所用金属材料耐温等级，则预定温度标准为：涡轮导叶缘板最高温度降低不低于10℃。
18、进一步地，进行涡轮导叶叶身及缘板整体全三维流热耦合计算分析，得到增加带有双排错开布置的微细管阵冷却结构后包含叶身及缘板的涡轮导叶的温度场参数和数据信息，包括：
19、基于涡轮导叶进出口边界条件，将涡轮导叶缘板缘板带有双排错开布置的微细管阵冷却结构高压涡轮导叶整体三维模型导入到网格划分程序，划分全三维计算所需的流体域和固体域网格；利用全三维流热耦合计算分析程序，开展涡轮导叶全三维流热耦合计算分析，得到增加双排微细管阵冷却结构后包含叶身及缘板高压涡轮导叶的温度场分布参数和数据信息。
20、进一步地，对涡轮导叶进行全三维流热耦合计算分析，包括：
21、基于构建的导叶三维模型导入到网格划分程序，划分全三维计算所需的流体域和固体域网格，利用全三维流热耦合计算分析程序，开展涡轮导叶全三维流热耦合计算分析，得到涡轮导叶缘板温度场分布及数据，作为后续分析及采用微细管阵冷却设计后对比依据；
22、获得涡轮导叶缘板对流换热系数，作为后续分析的边界条件，得到涡轮导叶的叶身温度场分布及数据。
23、进一步地，所述圆形微细管阵冷却结构冷却，其圆管管径取值在0.2mm～0.6mm之间，微细管排结构能够增加冷却通道的换热面积，增大对流换热系数。
24、进一步地，所述方法，包括：
25、所述涡轮导叶缘板双排圆形微细管阵冷却，阻断导叶叶栅通道内的高温燃气向缘板外侧的热传递；通过减小微细管阵圆管直径，将冷却空气输送至所述涡轮导叶缘板的任意位置，实现缘板冷却需求的精准定制化输送，有针对性地对缘板高温区进行冷却。
26、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。
27、本发明所带来的有益效果如下：
28、从上述方案可以看出，本发明实施例提供一种涡轮导叶缘板双排圆形微细管阵冷却结构设计方法，通过设计高压涡轮导叶叶身的冷却结构，对高压涡轮导叶进行全三维流热耦合计算分析，确定高压涡轮导叶缘板需要强化冷却的位置。给定高压涡轮导叶缘板双排微细管阵冷却结构参数，构建缘板带有双排错开布置的微细管阵冷却结构高压涡轮导叶整体三维模型。建立高压涡轮导叶缘板微细管阵冷却三维流热耦合计算模型，对高压涡轮导叶缘板全三维流热耦合计算分析，对高压涡轮导叶叶身及缘板整体全三维流热耦合计算分析。本发明技术方案，能够解决燃气轮机高压涡轮导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，冷却空气较难覆盖，导致叶片缘板烧蚀，引起叶片失效无法工作的问题。
1.一种涡轮导叶缘板双排圆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所述的一种涡轮导叶缘板双排圆形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，根据导叶缘板的表面结构，结合涡轮导叶缘板至少包括导叶缘板厚度、宽度、长度的结构尺寸参数，给定涡轮导叶缘板上下两排圆形微细管阵的冷却结构参数，包括：
3.根据权利要求1所述的一种涡轮导叶缘板双排圆形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，基于涡轮导叶缘板三维模型，划分全三维计算所需的流体域和固体域网格，开展涡轮导叶缘板全三维流热耦合计算分析，得到导叶缘板温度场分布及温度数据，包括：
4.根据权利要求3所述的一种涡轮导叶缘板双排圆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：
5.根据权利要求1所述的一种涡轮导叶缘板双排圆形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，进行涡轮导叶叶身及缘板整体全三维流热耦合计算分析，得到增加带有双排错开布置的微细管阵冷却结构后包含叶身及缘板的涡轮导叶的温度场参数和数据信息，包括：
6.根据权利要求1所述的一种涡轮导叶缘板双排圆形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，对涡轮导叶进行全三维流热耦合计算分析，包括：
7.根据权利要求1所述的一种涡轮导叶缘板双排圆形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，所述圆形微细管阵冷却结构冷却，其圆管管径取值在0.2mm～0.6mm之间，微细管排结构能够增加冷却通道的换热面积，增大对流换热系数。
8.根据权利要求1所述的一种涡轮导叶缘板双排圆形微细管阵冷却结构设计方法，其特征在于，所述方法，包括：
9.根据权利要求1所述的一种涡轮导叶缘板双排圆形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。
