本文關(guān)鍵詞：透平葉柵環(huán)境下氣膜冷卻流動(dòng)傳熱機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 燃?xì)廨啓C(jī) 氣膜冷卻 曲率 壓力梯度 經(jīng)驗(yàn)公式

【摘要】：氣膜冷卻是當(dāng)代燃機(jī)透平冷卻的重要手段,隨著透平負(fù)荷的增加,透平葉片中的壓力梯度及流動(dòng)折轉(zhuǎn)也越來越強(qiáng),這使得氣膜冷卻與透平流動(dòng)環(huán)境間具有愈來愈強(qiáng)的相干性。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)透平復(fù)雜環(huán)境下氣膜冷卻的傳熱及流動(dòng)特性顯得愈發(fā)重要。本文將透平環(huán)境抽象�；癁榍始皦毫μ荻葍蓚�(gè)參數(shù),針對(duì)這兩個(gè)參數(shù)對(duì)氣膜冷卻流動(dòng)傳熱特性的影響規(guī)律及其機(jī)理開展了一系列實(shí)驗(yàn)、理論及數(shù)值研究,并基于此發(fā)展得到了考慮曲率及壓力梯度的氣膜冷卻有效度一維修正方法。壓力敏感漆(PSP)技術(shù)是氣膜冷卻傳熱特性測(cè)量的主要技術(shù)手段,針對(duì)PSP技術(shù)的誤差分析表明,在系統(tǒng)誤差方面,其主要包含傳熱傳質(zhì)比擬所造成的誤差及實(shí)際應(yīng)用中由于多元傳質(zhì)所帶來的誤差這兩個(gè)方面。氣膜冷卻由對(duì)流主導(dǎo),傳熱傳質(zhì)比擬原理基本成立,誤差較小。而PSP測(cè)量絕熱氣膜冷卻有效度隨機(jī)誤差較小,本文絕大多數(shù)工況下隨機(jī)誤差小于10%。以透平模化參數(shù)下的氣膜冷卻有效度實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ),研究曲率及壓力梯度對(duì)不同孔型氣膜冷卻有效度的影響規(guī)律及其機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn),曲率及壓力梯度通過改變氣膜冷卻的吹離特性,流向耗散及側(cè)向擴(kuò)散特性改變氣膜冷卻傳熱表現(xiàn)。而其綜合作用表現(xiàn)為:對(duì)于無復(fù)合角圓孔,當(dāng)動(dòng)量比小于某特定數(shù)值時(shí)凸面有效度最高,而高于該點(diǎn)時(shí),則反之,流向順壓會(huì)增大該點(diǎn)數(shù)值,實(shí)驗(yàn)工況范圍內(nèi)該判定點(diǎn)的取值范圍為0.55-0.75;對(duì)于復(fù)合角氣膜冷卻,凸面氣膜冷卻在所有吹風(fēng)比下有效度均最高;扇形孔氣膜冷卻在彎曲表面上均不及平板情況�；诟鲄�(shù)的影響規(guī)律,通過理論分析,提出了吹離修正系數(shù)、流向耗散修正系數(shù)和側(cè)向擴(kuò)散修正系數(shù)這三個(gè)曲率及壓力梯度對(duì)氣膜冷卻有效度的影響系數(shù),獲得了一套適用于無復(fù)合角圓孔、復(fù)合角圓孔和扇形孔的統(tǒng)一曲率及壓力梯度修正方法。該方法定量預(yù)測(cè)精度高,在適用工況范圍內(nèi),對(duì)于絕大多數(shù)情況,其預(yù)測(cè)相對(duì)誤差小于10%,并且穩(wěn)定性好。完成了不同流動(dòng)工況,不同孔型全葉片氣膜冷卻有效度實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證了曲率及壓力梯度修正方法在實(shí)際葉片氣膜冷卻有效度預(yù)測(cè)中的有效性。針對(duì)透平環(huán)境下氣膜冷卻的氣動(dòng)特性,在評(píng)價(jià)氣膜冷卻氣動(dòng)損失時(shí),高吹風(fēng)比氣膜射流帶入的動(dòng)量較大,其影響不能忽略,需要采用考慮射流總壓的動(dòng)能損失系數(shù)作為評(píng)價(jià)參數(shù)。氣膜冷卻動(dòng)能損失系數(shù)隨著吹風(fēng)比的增大而增大。主流順壓能夠減小氣膜冷卻氣動(dòng)損失,而復(fù)合角則會(huì)較大幅度提高氣膜冷卻氣動(dòng)損失。
【關(guān)鍵詞】：燃?xì)廨啓C(jī) 氣膜冷卻 曲率 壓力梯度 經(jīng)驗(yàn)公式
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK471
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 主要符號(hào)對(duì)照表10-14
• 第1章 引言14-38
• 1.1 課題的背景及意義14-21
• 1.1.1 燃?xì)廨啓C(jī)及其冷卻技術(shù)14-18
• 1.1.2 透平葉片氣膜冷卻18-20
• 1.1.3 氣膜冷卻與透平主流的交互作用20-21
• 1.2 透平葉柵環(huán)境氣膜冷卻特性21-32
• 1.2.1 氣膜冷卻流動(dòng)傳熱機(jī)理21-25
• 1.2.2 透平葉柵環(huán)境氣膜冷卻傳熱特性25-27
• 1.2.3 曲率及流向壓力梯度對(duì)氣膜冷卻傳熱特性的影響27-31
• 1.2.4 透平葉柵環(huán)境氣膜冷卻氣動(dòng)特性31-32
• 1.3 氣膜冷卻的研究方法32-36
• 1.3.1 實(shí)驗(yàn)手段32-34
• 1.3.2 經(jīng)驗(yàn)公式34-35
• 1.3.3 數(shù)值模擬35-36
• 1.4 本文的研究目的和主要內(nèi)容36-38
• 1.4.1 研究現(xiàn)狀總結(jié)36-37
• 1.4.2 本文的研究目的及技術(shù)路線37-38
• 第2章 氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái)及測(cè)量技術(shù)38-56
• 2.1 本章引論38
• 2.2 氣膜冷卻機(jī)理研究實(shí)驗(yàn)臺(tái)38-41
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)38-39
• 2.2.2 主流風(fēng)洞系統(tǒng)39-40
• 2.2.3 二次供氣系統(tǒng)40
• 2.2.4 基礎(chǔ)流動(dòng)參數(shù)測(cè)量設(shè)備40
• 2.2.5 曲率及壓力梯度氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)段及測(cè)量系統(tǒng)40-41
• 2.3 高亞音速葉柵氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái)41-45
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體特性41-42
• 2.3.2 主流風(fēng)洞系統(tǒng)42-43
• 2.3.3 二次供氣系統(tǒng)43-44
• 2.3.4 葉柵實(shí)驗(yàn)段及測(cè)量系統(tǒng)44-45
• 2.4 壓力敏感漆實(shí)驗(yàn)技術(shù)45-53
• 2.4.1 壓力敏感漆測(cè)量原理45-46
• 2.4.2 壓力敏感漆標(biāo)定方法46-48
• 2.4.3 壓力敏感漆的誤差分析48-53
• 2.5 五孔探針實(shí)驗(yàn)技術(shù)53-54
• 2.6 本章小結(jié)54-56
• 第3章 氣膜冷卻數(shù)值計(jì)算方法56-65
• 3.1 本章引論56
• 3.2 雷諾時(shí)均方法及傳統(tǒng)渦粘模型56-59
• 3.2.1 控制方程56-57
• 3.2.2 雙方程渦粘湍流模型57-59
• 3.3 各向異性湍流模型59-63
• 3.3.1 各向異性修正方法59-60
• 3.3.2 湍流模型的驗(yàn)證60-63
• 3.4 參數(shù)化網(wǎng)格生成及計(jì)算平臺(tái)63-64
• 3.5 本章小結(jié)64-65
• 第4章 曲率及壓力梯度對(duì)氣膜冷卻傳熱特性的影響機(jī)理65-95
• 4.1 本章引論65-66
• 4.2 曲率及壓力梯度實(shí)驗(yàn)設(shè)置和數(shù)值計(jì)算方法66-71
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及參數(shù)設(shè)置66-68
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)有效性驗(yàn)證68-70
• 4.2.3 數(shù)值計(jì)算方法及其驗(yàn)證70-71
• 4.3 曲率對(duì)氣膜冷卻的影響機(jī)理71-79
• 4.3.1 曲率對(duì)氣膜冷卻影響的理論研究71-73
• 4.3.2 不同曲率下的氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析73-79
• 4.4 流向壓力梯度對(duì)氣膜冷卻的影響機(jī)理79-90
• 4.4.1 流向壓力梯度對(duì)平面氣膜冷卻的影響79-83
• 4.4.2 流向壓力梯度對(duì)凸面氣膜冷卻的影響83-86
• 4.4.3 流向壓力梯度對(duì)凹面氣膜冷卻的影響86-90
• 4.5 流向壓力梯度和曲率對(duì)氣膜冷卻的綜合影響90-93
• 4.5.1 存在流向壓力梯度下的徑向壓力平衡分析90-91
• 4.5.2 流向壓力梯度和曲率影響下的氣膜冷卻整體特性91-93
• 4.6 本章小結(jié)93-95
• 第5章 孔型結(jié)構(gòu)對(duì)透平環(huán)境氣膜冷卻傳熱特性的影響機(jī)理95-117
• 5.1 本章引論95
• 5.2 復(fù)合角對(duì)透平環(huán)境氣膜冷卻的影響機(jī)理95-106
• 5.2.1 復(fù)合角氣膜冷卻的結(jié)構(gòu)95-96
• 5.2.2 復(fù)合角對(duì)氣膜冷卻的影響96-97
• 5.2.3 曲率對(duì)復(fù)合角氣膜冷卻的影響97-99
• 5.2.4 流向壓力梯度對(duì)復(fù)合角氣膜冷卻的影響99-105
• 5.2.5 曲率及流向壓力梯度對(duì)復(fù)合角氣膜冷卻的綜合影響105-106
• 5.3 扇形孔對(duì)透平環(huán)境氣膜冷卻的影響機(jī)理106-115
• 5.3.1 扇形孔氣膜冷卻的結(jié)構(gòu)106-107
• 5.3.2 扇形孔對(duì)氣膜冷卻的影響107-108
• 5.3.3 曲率對(duì)扇形孔氣膜冷卻的影響108-110
• 5.3.4 流向壓力梯度對(duì)扇形孔氣膜冷卻的影響110-114
• 5.3.5 曲率及流向壓力梯度對(duì)扇形孔氣膜冷卻的綜合影響114-115
• 5.4 本章小結(jié)115-117
• 第6章 透平環(huán)境下氣膜冷卻有效度修正方法及其驗(yàn)證117-140
• 6.1 本章引論117
• 6.2 平板氣膜冷卻經(jīng)驗(yàn)公式117-121
• 6.2.1 簡(jiǎn)單圓孔公式118-119
• 6.2.2 復(fù)合角圓孔公式119-120
• 6.2.3 扇形孔公式120-121
• 6.3 曲率及壓力梯度修正方法121-123
• 6.3.1 吹離特性修正121-122
• 6.3.2 流向耗散修正122
• 6.3.3 側(cè)向擴(kuò)散修正122-123
• 6.4 不同孔型的修正公式及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證123-129
• 6.4.1 簡(jiǎn)單圓孔修正公式123-125
• 6.4.2 復(fù)合角圓孔修正公式125-127
• 6.4.3 扇形孔修正公式127-129
• 6.5 氣膜冷卻葉柵實(shí)驗(yàn)及對(duì)一維修正方法的驗(yàn)證129-138
• 6.5.1 高亞音速平面葉柵氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)設(shè)置129-131
• 6.5.2 單排孔氣膜冷卻有效度驗(yàn)證131-134
• 6.5.3 全葉片氣膜冷卻驗(yàn)證134-136
• 6.5.4 圓孔全葉片氣膜冷卻驗(yàn)證136-138
• 6.6 本章小結(jié)138-140
• 第7章 流向壓力梯度對(duì)氣膜冷卻氣動(dòng)特性的影響機(jī)理140-157
• 7.1 本章引論140
• 7.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置及數(shù)值計(jì)算方法140-143
• 7.2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及參數(shù)設(shè)置140-141
• 7.2.2 數(shù)值計(jì)算方法及驗(yàn)證141-143
• 7.3 流向壓力梯度下的氣膜冷卻射流系數(shù)143-146
• 7.3.1 流向壓力梯度對(duì)射流系數(shù)的影響143-145
• 7.3.2 復(fù)合角對(duì)射流系數(shù)的影響145-146
• 7.4 流向壓力梯度下的氣膜冷卻總壓損失系數(shù)146-151
• 7.4.1 流向壓力梯度對(duì)總壓損失系數(shù)的影響146-149
• 7.4.2 復(fù)合角對(duì)總壓損失系數(shù)的影響149-151
• 7.5 流向壓力梯度下的氣膜冷卻動(dòng)能損失系數(shù)151-155
• 7.5.1 動(dòng)能損失系數(shù)的定義151-152
• 7.5.2 流向壓力梯度對(duì)氣膜冷卻動(dòng)能損失系數(shù)的影響152-154
• 7.5.3 復(fù)合角對(duì)氣膜冷卻動(dòng)能損失系數(shù)的影響154-155
• 7.6 本章小結(jié)155-157
• 第8章 結(jié)論與展望157-161
• 8.1 本文工作總結(jié)157-160
• 8.2 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)160
• 8.3 未來工作展望160-161
• 參考文獻(xiàn)161-172
• 致謝172-174
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文與研究成果174-175

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐靖中,葛紹巖;彎曲壁面離散孔氣膜冷卻數(shù)值計(jì)算[J];工程熱物理學(xué)報(bào);1983年01期

2 徐靖中,姚永慶,賈建國(guó),葛紹巖,鄒福康;凸表面單排孔30°噴射氣膜冷卻流場(chǎng)近場(chǎng)特性的實(shí)驗(yàn)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);1984年02期

3 姚永慶,夏彬,葛紹巖,鄒�？�;雙排離散孔在凸表面上氣膜冷卻有效溫比的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);1986年01期

4 張鳴遠(yuǎn) ,陳學(xué)俊 ,鄒�？� ,葛紹巖 ,徐靖中 ,陳時(shí)鈞;雙排叉排孔氣膜冷卻特性研究 (二) 絕熱有效溫比[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);1990年01期

5 江濤,劉松齡;曲壁氣膜冷卻數(shù)值計(jì)算的研究[J];航空學(xué)報(bào);1991年05期

6 朱惠人,許都純,劉松齡,王寶瓏;簸箕形排孔氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)研究[J];航空學(xué)報(bào);1997年05期

7 蔣雪輝,趙曉路;非定常尾跡對(duì)葉片頭部氣膜冷卻的影響[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2005年04期

8 張樹林,王洪斌;多斜孔板氣膜冷卻性能試驗(yàn)研究[J];航空發(fā)動(dòng)機(jī);2005年03期

9 姚玉;張靖周;李永康;;帶三角形突片氣膜冷卻結(jié)構(gòu)換熱特性的數(shù)值研究[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2006年04期

10 曾軍;王彬;康勇;;氣膜冷卻渦輪導(dǎo)向葉片流場(chǎng)數(shù)值模擬[J];燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究;2006年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 賀安江;;新型氣膜冷卻孔的數(shù)值研究[A];北京力學(xué)會(huì)第17屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

2 秦晏e，

本文編號(hào)：1117092