隨著燃氣輪機性能的改進,渦輪的進口溫度不斷提高,嚴酷的熱環(huán)境給渦輪零部件帶來了巨大的熱負荷,特別是第一級導(dǎo)向葉柵的端壁。由于其直接暴露在惡劣的高溫環(huán)境中,同時受到燃燒室出口燃氣的直接沖刷,因此為了保證渦輪葉片安全可靠地工作,發(fā)展先進的端壁冷卻技術(shù)變得至關(guān)重要。在端壁燃氣側(cè)布置離散的氣膜孔是最常用的端壁冷卻方式。然而,受到復(fù)雜的通道三維流動的影響,端壁表面始終存在著單純的氣膜冷卻很難觸及的死角。層板結(jié)構(gòu)作為一種更高效的冷卻方式,集沖擊、擾流、氣膜、導(dǎo)熱冷卻于一體,擁有燃氣側(cè)和背側(cè)雙重冷卻的功能,因此值得在葉柵端壁冷卻設(shè)計中應(yīng)用,有望起到局部增強傳熱、節(jié)省冷氣消耗、消除冷卻死角、起到端壁表面溫度分布更加均勻的作用。本文在高溫風洞實驗平臺中,以接近渦輪工況下氣膜冷卻的真實溫度比環(huán)境,利用紅外熱像技術(shù),通過有限厚度固體導(dǎo)熱方程,計算了端壁表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),研究并對比了不同主冷流溫度比和流動條件下的層板端壁和傳統(tǒng)氣膜冷卻端壁的冷卻特性,并根據(jù)實驗結(jié)果,對層板端壁進行了進一步的優(yōu)化設(shè)計。本文主要研究內(nèi)容可分為三個部分:第一,設(shè)計了具有與單純氣膜冷卻端壁相同厚度和氣膜孔布局的層板端壁,研究了具有復(fù)雜三維... 

【文章來源】：中國科學技術(shù)大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?Ｆ１００－ＰＷ－１００／２００渦扇發(fā)動機立體剖視圖【１】??事實上，航空發(fā)動機工作時，使用的冷卻空氣都是從壓氣機增壓后的氣流中??

壁表面的溫度分布會受到強烈的二次流作用，表現(xiàn)出復(fù)雜的流－固耦合換熱特性。??１．２．?１葉柵通道內(nèi)的二次流發(fā)展過程??圖１．２展示了葉柵通道二次流模型的發(fā)展進程。自從１９５５年ＨａｗｔｈｏｍｅＭ??提出了葉柵通道內(nèi)二次流模型之后，很多研宄者［１（）＿１４］利用各種流動顯示方式，對??葉柵通道二次渦模型進行不斷補充完善。１９９７年，ＷａｎｇｅｔａｌＪ１５：！提出的進口多渦??逐漸向單渦演變的二次渦模型成為目前廣為接受的模型。??浦健【１６］利用?ＴＲＰＩＶ（Ｔｉｍｅ－Ｒｅｓｏｌｖｅｄ?Ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｉｍａｇｅ?Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）技術(shù)對平面葉??柵內(nèi)的穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)流動特性展開實驗研宄，通過在葉柵通道中依次選取的１５個??截面上的二次流的時平均與瞬態(tài)特性闡釋了葉柵內(nèi)二次流的發(fā)展過程。??首先，當主流經(jīng)過渦輪葉片前緣時，在葉片前緣與端壁的結(jié)合處，由于自由??流區(qū)域的靜壓比邊界層中的增加更快，因此翼展方向的壓力梯度促使一個卷曲的??二次渦在葉片前緣與端壁的結(jié)合處形成，這個二次渦通常稱為前緣馬蹄渦??（Ｌｅａｄｉｎｇ?Ｅｄｇｅ?Ｈｏｒｓｅｓｈｏｅ?Ｖｏｒｔｅｘ，ＬＥＨＶ）。浦健腫］捕捉到了前緣馬蹄渦在逆流模態(tài)??（ｂａｃｋｆｌｏｗ?ｍｏｄｅ）和零流模態(tài)（ｚｅｒｏ－ｆｌｏｗ?ｍｏｄｅ）兩種模態(tài)下的轉(zhuǎn)化

?（ｃ）?Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｆｉｅｌｄｓ??ｉ羅＿翬霱??圖１．４通道渦的流動性質(zhì)：（ａ）時平均速度場分布；（ｂ）?Ｐｌａｎｅ?１０內(nèi)三個典型瞬態(tài)速度場；（ｃ）??Ｐｌａｎｅ?７和Ｐｌａｎｅ?８內(nèi)典型瞬態(tài)速度場叫??浦�。郏保叮葸�研宄了主流湍流度對通道內(nèi)二次流特性的影響，發(fā)現(xiàn)主流湍流度??提高時，馬蹄渦中心向前緣靠近，通道渦的尺寸變大且渦核遠離端壁。湍流度的??４??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]無導(dǎo)葉對轉(zhuǎn)渦輪高壓級動葉換熱特性的研究[D]. 徐曉.中國科學院工程熱物理研究所 2017
[2]燃機透平冷卻耦合傳熱特性及多因素影響機理研究[D]. 李明飛.清華大學 2015
[3]冷卻介質(zhì)出流對透平葉片內(nèi)、外流體運動特性影響的實驗研究[D]. 浦健.中國科學技術(shù)大學 2014

碩士論文
[1]層板冷卻特性的研究[D]. 全棟梁.西北工業(yè)大學 2003



本文編號：3133226