透平前進(jìn)氣溫度是影響燃?xì)廨啓C(jī)性能的重要因素之一。透平冷卻技術(shù)的發(fā)展為進(jìn)一步提高透平前進(jìn)氣溫度打下了基礎(chǔ)。目前,燃機(jī)透平葉片中已發(fā)展出包括外部冷卻（氣膜冷卻、發(fā)汗冷卻等）、內(nèi)部冷卻（對(duì)流冷卻、沖擊冷卻）等在內(nèi)的冷卻形式。實(shí)際的透平葉片局部采用多種冷卻單元來(lái)滿足高溫?zé)彷d荷的挑戰(zhàn),葉片的前緣、中弦區(qū)及端壁等位置用到了氣膜/沖擊復(fù)合冷卻方案,多種冷卻方式間的耦合傳熱效果不是簡(jiǎn)單的冷卻效果的疊加。本文采用氣熱耦合的數(shù)值方法分析了復(fù)合冷卻內(nèi)部流動(dòng)和換熱特性,進(jìn)一步將凹形漩渦發(fā)生器引入到復(fù)合結(jié)構(gòu)中,并對(duì)各種復(fù)合冷卻方案的冷卻特性進(jìn)行了總結(jié),用耦合傳熱實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了綜合冷卻效率的測(cè)量。對(duì)影響復(fù)合結(jié)構(gòu)冷卻效率的幾何因素、流動(dòng)因素及固體導(dǎo)熱作用進(jìn)行了研究。對(duì)幾何因素的研究表明,氣膜孔孔型和沖擊孔直徑是影響復(fù)合結(jié)構(gòu)綜合冷卻效率的重要因素,沖擊距離的作用結(jié)果并不明顯,各種孔型結(jié)構(gòu)中,扇形孔和沖擊復(fù)合冷卻有著最高的綜合冷卻效率。對(duì)流動(dòng)因素的研究包括:吹風(fēng)比、沖擊雷諾數(shù)及冷氣量。結(jié)果表明吹風(fēng)比及沖擊雷諾數(shù)的增大對(duì)應(yīng)著氣膜流場(chǎng)中腎形對(duì)渦的增強(qiáng)及沖擊壁面換熱系數(shù)的提高,對(duì)綜合冷卻效率均有提升效果。吹風(fēng)比在達(dá)到一定值之... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１透平冷卻方法隨進(jìn)口溫度提髙的發(fā)展趨勢(shì)１２１??燃?xì)廨啓C(jī)透平葉片冷卻設(shè)計(jì)從以下五個(gè)方面考慮：（１）內(nèi)部對(duì)流冷卻；（２）??（３）（４）（５）

．表示絕熱壁面溫度，下標(biāo)ｇ和ｃ分別代表主流和射流。冷氣由氣膜孔??射入到主流時(shí)，與主流之間發(fā)生復(fù)雜的相互作用，形成腎形渦對(duì)和其他的渦系結(jié)??構(gòu)Ｉ１＂，如圖１．５所示。當(dāng)這些二次渦抬離壁面程度越高，卷吸的主流量越大時(shí)，??冷氣覆蓋效果越差，氣膜冷卻效率越低。當(dāng)吹風(fēng)比較大時(shí)，射流抬離壁面，主流??熱空氣接觸壁面導(dǎo)致冷卻效率降低。??圖１．５氣膜孔下游的反轉(zhuǎn)腎形渦ｌｕｌ??影響氣膜冷氣出流渦系結(jié)構(gòu)和抬離程度的因素來(lái)自兩方面，一是主流和冷氣??的流動(dòng)參數(shù)影響，二是氣膜孔的幾何參數(shù)。??流動(dòng)參數(shù)包括密度比Ｄｉ？、速度比ｒａ、吹風(fēng)比５／？、動(dòng)量比／、湍流度、主流??馬赫數(shù)和雷諾數(shù)等。密度比、速度比、吹風(fēng)比、動(dòng)量比、質(zhì)量流量比用于表征主??流與冷氣間的相互關(guān)系，各自定義如式（１．２Ｍ１．６）所示。??ＢＲ?（１．２）??Ｐｇｕｇ??ＶＲ?＝?＾?（１．３）??ｕ９??７＝＾４?（１．４）??Ｐａｕｇ??ＤＲ?＝匕?（１．５）??Ｐｇ??ＭＦＲ?＝＾－?（１．６）??Ｑｍ??其中，Ｐ表示密度，１／表示速度，９表示質(zhì)量流量。密度比和速度比是兩個(gè)獨(dú)立??４??

?等［１４］和８〇１１等［１５］的研宄都表明，當(dāng)吹風(fēng)比較低時(shí)（似＝０．７５），氣膜冷卻效率隨湍??流度增大迅速降低；當(dāng)吹風(fēng)比較大時(shí)（Ｍ＝１．５），湍流度的影響較弱，如圖１．８所??７］ｎ?〇??Ｌｏｗ?Ｂｌｏｗｉｎｇ?Ｒ？？〇．?Ｉ?－?０?Ｍ－〇?５?Ｈｉｇｈ?Ｂｌｏｗｉｎｇ?Ｒａｔｉｏ．?Ｉ?－?２．?Ｍ－１．８??°－７ｐｖｎ??????〇２５ｉ￣；?————??５?ｒ５：＾：?＝＝＝＝＝＝＝：＝?Ｉ?廠Ｔ７—??！。，＝＾、＇：?Ｉ?？▲?ｊ?：——＝—??Ｉ?°〇３ｚ?￣一？一－?Ｉ。。５????０．１?—?＾?０??ｉ???????０?７〇＾￣￣２０?ｔ?３０?５?１０?？?２０?２５?３０??ｘ／Ｄ??ＷＤ?？?＆５ｎｒ？＇ａｌＴ８］ｆｕ＾〇３７Ｖ?＊?Ｄｏｎ＊?ｅＴａｉｌｅｊ?Ｔｕ？１ｉ．５Ｓ??［ａ?Ｓｃｔｍｕｄｉ?＆?Ｂｏｇａｒｏ?Ｔｕ？０３％?■?Ｓｃｔｕｎｄｔ?＆?Ｂｏｇａｒｄ?［９］?Ｔｕ？１０％?｜??Ｐｒｅｓｅｎｔ?Ｗｏｒｋ，?Ｔｕ？０．１％??Ｐｒｅｓｅｎｔ?Ｗｏｒｋ?Ｔｕ？ｉ〇Ｓ????Ｐｒｏｃｎｔ?ＷｏｔＶ?Ｔｕ？〇．ｌ％??Ｐｆｇｓｅｍ?Ｗｏｒｆｃ．?Ｔｕ？１（？ｂ?｜?■?Ｓｃｈｍｉｄｔ?ｉ?ｔｔｏｇｊｒｄ?［９１?（Ｍ？２）．?Ｔｕｇ〇．３％?［??（ａ）低吹風(fēng)比?（ｂ）高吹風(fēng)比??圖１．８湍流度對(duì)氣膜冷卻效率的影響Ｉ１４！??主流馬赫數(shù)同樣對(duì)氣膜冷卻效率有較大影響。高揚(yáng)［１６］用數(shù)值模擬方法研宄??了主流馬赫數(shù)對(duì)冷卻效果的影響，發(fā)現(xiàn)主流馬赫數(shù)增大時(shí)，冷氣射流更加貼近壁??面

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]重型燃?xì)廨啓C(jī)透平第一級(jí)動(dòng)葉復(fù)合冷卻數(shù)值研究[J]. 于飛龍,上官博,李園園,段靜瑤,高松,南晴,肖俊峰.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2016(01)
[3]雙層板沖擊-氣膜復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)冷卻性能的數(shù)值分析[J]. 李月茹,戴韌,王蛟,徐強(qiáng).  熱能動(dòng)力工程. 2015(04)
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[10]射流注入角對(duì)平板氣膜冷卻特性影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 劉捷,韓振興,劉建軍,蔣洪德,周嗣京.  工程熱物理學(xué)報(bào). 2007(03)

博士論文
[1]對(duì)帶氣膜孔的肋化冷卻通道耦合換熱特性的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究[D]. 馮志新.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[2]燃?xì)馔钙饺~片氣膜冷卻設(shè)計(jì)及多場(chǎng)耦合分析[D]. 王湛.中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2012
[3]航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣冷渦輪葉片的氣熱耦合數(shù)值模擬研究[D]. 董平.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[4]復(fù)雜內(nèi)冷透平動(dòng)葉中流動(dòng)與換熱研究[D]. 蘇生.中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2008

碩士論文
[1]透平氣膜冷卻與冷氣摻混損失研究[D]. 高揚(yáng).中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所) 2015
[2]氣膜冷卻與復(fù)合冷卻氣熱耦合研究[D]. 張鵬.中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所) 2015



本文編號(hào)：3257490