基于He/Xe氣體工質(zhì)的閉口布雷頓循環(huán)系統(tǒng)在新型核動力航天器上有廣闊的應用前景,具有重量輕、體積小、能量轉(zhuǎn)換率高等優(yōu)點。目前國外多個航天機構(gòu)對基于He/Xe工質(zhì)的閉口布雷頓循環(huán)進行了理論分析和實驗驗證,而國內(nèi)公開文獻中目前暫無相關研究。渦輪葉片作為空間布雷頓系統(tǒng)關鍵部件有著舉足輕重的地位,其所面對的高溫高壓工作環(huán)境要求必須對渦輪采取合適的冷卻方式。本文通過數(shù)值計算的方式分別對氦氙渦輪葉片的外部冷卻和內(nèi)部冷卻技術(shù)進行研究。首先通過對平板氣膜模型的分析研究基于氦氙工質(zhì)的氣膜冷卻流動換熱機理,通過研究不同吹風比（M=0.2～1.2）下氣體流動形式、平板表面換熱系數(shù)和冷卻效率的分布,得到了氣膜冷卻效果的影響因素以及一般規(guī)律,作為后續(xù)外部冷卻研究的理論基礎。其次分別對光滑葉片和帶氣膜葉片的流動換熱特性進行分析,分別研究進口雷諾數(shù)(Re_in=200,000～335,000)、湍流度（I=1%～15%）和吹風比（M=0.8～1.1）對葉片表面換熱系數(shù)和冷卻效率的影響,分析了不同工況下葉片表面換熱的差異以及氣膜對增強換熱的效果,總結(jié)出了氦氙渦輪葉片的冷卻特性。然后通過對矩形通道的... 

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 選題背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 空間布雷頓循環(huán)相關研究
        1.2.2 渦輪葉片冷卻相關研究
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第二章 數(shù)值研究方法
    2.1 FLUENT商用數(shù)值計算軟件
    2.2 湍流模型的選擇
    2.3 計算方法及參數(shù)定義
    2.4 氦氙氣體工質(zhì)物性計算
    2.5 物理模型和工況參數(shù)選擇依據(jù)
第三章 氦氙渦輪葉片外部氣膜冷卻數(shù)值研究
    3.1 平板氣膜流動換熱特性
        3.1.1 模型建模、網(wǎng)格劃分及邊界條件
        3.1.2 吹風比對氣膜冷卻的影響
    3.2 光滑葉柵通道內(nèi)的流動換熱特性研究
        3.2.1 光滑葉柵通道建模及邊界條件設置
        3.2.2 光滑葉柵通道內(nèi)的流動特性
        3.2.3 光滑葉片表面換熱特性
    3.3 帶氣膜葉柵通道內(nèi)的流動換熱特性研究
        3.3.1 帶氣膜葉柵通道建模及邊界條件設置
        3.3.2 帶氣膜葉片表面換熱特性
    3.4 本章小結(jié)
第四章 氦氙渦輪葉片內(nèi)部冷卻數(shù)值研究
    4.1 矩形通道流動換熱特性
        4.1.1 矩形通道建模及邊界條件設置
        4.1.2 矩形通道流動換熱特性
    4.2 葉片空腔流動換熱特性
        4.2.1 葉片空腔建模、網(wǎng)格劃分及邊界條件
        4.2.2 葉片空腔流動特性
        4.2.3 葉片空腔壁面換熱系數(shù)
    4.3 帶冷卻結(jié)構(gòu)葉片內(nèi)腔流動換熱特性
        4.3.1 帶冷卻結(jié)構(gòu)葉片內(nèi)腔建模、網(wǎng)格劃分及邊界條件
        4.3.2 帶冷卻結(jié)構(gòu)葉片內(nèi)腔流動特性
        4.3.3 帶冷卻結(jié)構(gòu)葉片內(nèi)腔壁面換熱系數(shù)
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻
附錄A 氦氙混合氣體物性參數(shù)
附錄B UDF代碼
致謝
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于熱色液晶技術(shù)的尾跡對渦輪動葉表面換熱系數(shù)影響研究[J]. 陳大為,朱惠人,李華太,周道恩,賈曉萌.  推進技術(shù). 2019(03)
[2]重型燃機透平葉片外壁面換熱的數(shù)值研究[J]. 慕粉娟,王思遠.  機械工程師. 2015(02)
[3]出流比及旋轉(zhuǎn)數(shù)對回轉(zhuǎn)通道流動換熱的影響[J]. 趙曙,朱惠人,郭濤,張麗,周志翔.  西安交通大學學報. 2014(06)
[4]某渦輪導向葉片換熱實驗與計算[J]. 駱劍霞,朱惠人,張宗衛(wèi).  航空動力學報. 2014(03)
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博士論文
[1]渦輪高效冷卻結(jié)構(gòu)設計方法及換熱機理研究[D]. 羅磊.哈爾濱工業(yè)大學 2016
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[3]復雜內(nèi)冷透平動葉中流動與換熱研究[D]. 蘇生.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2008

碩士論文
[1]渦輪工作葉片型面換熱特性研究[D]. 竇翔宇.沈陽航空航天大學 2018
[2]氣膜冷卻冷氣孔參數(shù)對渦輪性能的影響研究[D]. 洪博文.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[3]平壁氣膜冷卻的數(shù)值模擬[D]. 趙曉航.大連理工大學 2009



本文編號：3681922