本文關鍵詞：氣膜冷卻流場及能量分離的實驗研究

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【摘要】：燃氣輪機是一種高效、清潔的先進動力機械，在國民經濟的各個領域都有重要的應用。為了進一步提高其熱效率和輸出功率，需要提高進口溫度。所以就需要解決高進口溫度和渦輪葉片使用壽命之間的矛盾。氣膜冷卻技術是一種非常重要的葉片冷卻保護手段。氣膜冷卻是包含了傳熱傳質和渦結構的復雜流動過程。而流場中因為渦產生的壓力變化以及粘性力的作用會使氣流產生溫度分布差異，即能量分離現象。 本文以探究氣膜冷卻流場及其中的能量分離現象為目的，，搭建平板氣膜冷卻實驗臺，利用三通式熱線風速儀和熱電偶，實驗研究了氣膜冷卻的流場及能量分離現象的強度及分布。分別測量了射流角α=30°的射流平板，在吹風比M=1.5、2.0、2.5、3.0、∞工況下X/D=0.1、0.3、0.5、1.0、2.0、4.0、7.0、10、15截面的垂直和水平中心線的溫度、速度分布；并對M=∞、1.5兩種工況做了數值模擬。通過數據處理以及對比分析，有如下結論： （1）射流速度在X/D≤2.0的范圍內衰減較慢，在X/D≥4.0的區(qū)域衰減較快。X/D≤2.0為速度核心區(qū)，X/D=2.0~4.0為過渡區(qū)，X/D≥4.0為充分發(fā)展區(qū)。湍流度的分布與速度分布呈相反趨勢。（2）當M=∞時，垂直方向上，X/D=0.3截面處能量分離強度最強。在水平方向上，X/D=0.1、0.3、0.5三個截面的正負向能量分離強度呈交替分布，X/D=1.0時的正負向能量分離強度均較大。X/D=2.0時，因射流抬離壁面，垂直和水平方向負向能量分離現象均消失。每個截面的能量分離現象都發(fā)生于射流中心的附近。（3）主射流之間的作用導致能量分離現象的改變。M=3.0、2.5、2.0時能量分離強度最大的截面分別是X/D=0.3、0.1、0.5；M=1.5時正負向能量分離強度最大截面分別是X/D=0.3、0.1。（4）對比所有吹風比工況，垂直跨度最大的是M=∞工況，隨著吹風比的減小，垂直方向的能量分離范圍隨之減小。能量分離強度最大的是M=1.5工況，故吹風比較小時近孔區(qū)域氣膜冷卻效果較好。（5）數值模擬結果驗證了氣膜冷卻流場中能量分離現象的存在，M=∞工況X/D=0.1、0.5截面的水平能量分離和X/D=2.0的垂直能量分離與實驗結果吻合度高，其他截面的能量分離強度均小于實驗值。
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK471

【參考文獻】

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本文編號：1178796