本文關(guān)鍵詞：具有熱障涂層的導(dǎo)向葉片的復(fù)合冷卻數(shù)值研究

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【摘要】：提高透平進(jìn)口溫度是提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力和熱效率的主要技術(shù)手段,當(dāng)今先進(jìn)航空燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)口溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有透平葉片材料的許用溫度。因此,發(fā)展冷卻技術(shù)成為解決這一難題的關(guān)鍵。氣膜冷卻經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展,今天已廣泛用于葉片的工程設(shè)計(jì)。在葉片冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜、冷卻效果逐漸達(dá)到瓶頸的情況下,熱障涂層(TBC)技術(shù)給葉片熱防護(hù)帶來了新的可能。為了準(zhǔn)確預(yù)測透平葉片的使用壽命,需要得到葉片各部位溫度場和熱負(fù)荷信息,而氣固耦合傳熱的數(shù)值方法是一種理想的分析手段。本文分別以ANSYS ICEM和Fluent作為網(wǎng)格劃分和數(shù)值求解工具,使用SSTk-ω湍流模型,主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究：1)在一個(gè)帶TBC的氣膜冷卻平板上驗(yàn)證了TBC的計(jì)算處理方法的合理性,這個(gè)平板模擬的是透平葉片的下端壁,具有一排氣膜孔。通過比較兩種處理TBC的方案的溫度和熱流密度等數(shù)值計(jì)算,得出Fluent中處理TBC的簡化方法的精度可以接受。2)在兩種接近真實(shí)工況的條件下,對(duì)一個(gè)表面使用三種TBC策略(無、均勻和非均勻)的高度一體化復(fù)合冷卻透平導(dǎo)向葉片進(jìn)行了耦合數(shù)值計(jì)算,通過各部位質(zhì)量流量、表面溫度、綜合冷卻效率、換熱系數(shù)、壓力和Mach數(shù)等,詳細(xì)分析了透平葉柵的流動(dòng)和換熱特性。3)針對(duì)一組給定的主流進(jìn)、出口總壓和主流、冷氣總溫條件,逐步減少冷氣質(zhì)量流量,使用耦合計(jì)算比較了無TBC和均勻TBC時(shí),冷氣質(zhì)量流量變化對(duì)葉片表面和內(nèi)部溫度、換熱系數(shù)等換熱特性的影響。結(jié)果表明,TBC對(duì)前緣起到了重要的保護(hù)作用,有效降低前緣的金屬表面溫度；在金屬表面平均溫度相當(dāng)?shù)那闆r下,TBC可以節(jié)約20～30%的冷氣質(zhì)量流量。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK471

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本文編號(hào)：1306706