隨著燃氣輪機效率的提高,渦輪進口溫度不斷升高,氣膜冷卻作為一種先進的冷卻技術,已經被廣泛用于冷卻燃氣輪機熱部件。研究表明,渦輪端壁氣膜冷卻由于受到葉柵通道中二次流動的影響,壓力面角區(qū)存在冷卻死區(qū)。為了改善端壁壓力面角區(qū)的氣膜冷卻效果,本文提出了旋流進氣逆向射流氣膜冷卻。本文在平板上數(shù)值研究了逆向射流氣膜冷卻特性,并與順向射流作對比,分析其流場特性以及旋渦結構。詳細討論不同吹風比以及不同復合角逆向射流的冷卻效果和氣動損失。結果表明,相比順向射流,逆向射流的氣膜冷卻效果得到改善,然而逆向射流的氣動損失較大。針對逆向射流氣動損失大的缺點,本文在冷氣進口引入旋流。本文通過數(shù)值模擬的方法,對比研究了40°復合角順向射流、40°復合角逆向射流以及40°復合角旋流進氣逆向射流的氣膜冷卻效果和氣動損失。結果表明,對于40°復合角圓孔,在整個冷卻區(qū)域,相比逆向射流,旋流進氣逆向射流的氣膜冷卻效率顯著提高,氣動損失明顯降低。吹風比M=1.0時,氣膜冷卻效率提高約17%,總壓損失系數(shù)降低約30%。對于40°復合角圓孔,相比順向射流,在相同總壓損失系數(shù)下,在整個冷卻區(qū)域,旋流進氣逆向射流的氣膜冷卻效率提高明顯�？倝毫p失系數(shù)(ξ=2%和ξ=3%)時,冷卻效率分別提高了20%和40%。為了改善渦輪端壁壓力面角區(qū)的氣膜冷卻效果,本文進一步研究了40°復合角旋流進氣逆向射流端壁氣膜冷卻特性。結果表明,40°復合角旋流進氣逆向射流有效抑制了端壁二次流動,射流冷氣向吸力側偏移程度降低,冷卻氣體向壓力側移動,壓力側葉片根部氣膜冷卻效果明顯改善。在上游冷卻區(qū)域,壓力側葉片根部氣膜冷卻效率提高約100%;在下游冷卻區(qū)域,壓力側葉片根部氣膜冷卻效率提高約35%。在氣動損失方面,40°復合角旋流進氣逆向射流有效降低了氣動損失。相比順向射流,在吹風比M=0.8時,總壓損失系數(shù)降低最多約6.2%。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TK471
【部分圖文】：

第 1 章 緒 論的研究背景和意義動機技術是國家綜合國力、工業(yè)基礎和科技水平的集中體航空工業(yè)發(fā)展的源動力，為輕型燃氣輪機、重型燃氣輪機提。為了實現(xiàn)更高的熱效率和更高的比功率輸出，渦輪進口溫口溫度已經遠遠超過材料的耐熱溫度，這大大降低了渦輪機 1.1[1]為上世紀 50 年代以來渦輪進口溫度隨時間變化，因此對渦輪部件進行冷卻。氣膜冷卻作為一種先進的冷卻技術被部件。

圖 1.2 氣膜冷卻示意圖為了方便研究氣膜冷卻的機理，在研究過程中引入了幾個重要風比：= 和 分別為主流密度和冷氣密度； 和 分別為主流速度和個參數(shù)就是絕熱氣膜冷卻效率 η，它是表征氣膜冷卻效果的一絕熱氣膜冷卻效率 η：= 為主流溫度， 為冷氣溫度， 為保護壁面附近的氣膜溫慮絕熱壁面時，此時忽略通過壁面的傳熱。 就相當于當?shù)亟^，此時式 1-2 就可以寫成：

圖 1.3 流場旋渦結構外氣膜冷卻研究現(xiàn)狀氣膜冷卻研究pulos 和 Rodi[7]對流場進行了詳細測量，結果表明，橫向形渦”的控制。Bunker[8]研究表明抑制腎形渦的機理主要，實現(xiàn)對射流與主流相互作用的流動控制(見圖 1.4)。降動量，同時增強冷氣展向貼壁流動動量，從而實現(xiàn)氣膜冷
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本文編號：2878557