本文關(guān)鍵詞：姊妹孔氣膜冷卻效率的研究

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【摘要】：燃?xì)廨啓C(jī)在航空、陸用發(fā)電和各種工業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,渦輪入口溫度已經(jīng)遠(yuǎn)高于葉片材料的熔點(diǎn),燃?xì)廨啓C(jī)熱效率和輸出功率隨著透平進(jìn)口溫度的提高而增加。準(zhǔn)確預(yù)估氣膜冷卻效果對(duì)渦輪葉片的設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。影響氣膜冷卻的因素很多,孔型的影響尤為顯著。復(fù)雜的異型孔冷卻效率有大幅度的提高,但是由于受加工工藝與費(fèi)用的限制,圓柱型冷卻孔依舊廣泛應(yīng)用；因此,找到一種既可以提高氣膜隔熱效果又不增加氣膜孔的加工難度的氣膜孔孔型,是當(dāng)今一項(xiàng)重要的課題。 本文利用FLUENT軟件對(duì)Navier-Stokes方程進(jìn)行求解,采用Realizableκ-ε模型,基于SIMPLE算法,采用有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)項(xiàng)離散,方程的離散項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式,研究了姊妹孔夾角角度對(duì)氣膜冷卻的影響,以及最佳角度下的姊妹孔結(jié)構(gòu)和單入雙出孔氣膜冷卻的優(yōu)劣性。 結(jié)果表明：姊妹孔提高冷卻效率的方式主要是通過兩個(gè)次孔產(chǎn)生的渦旋結(jié)構(gòu)和主孔渦旋結(jié)構(gòu)相互作用,將被抬起的射流中心向橫向方向拉拽,破壞反向?qū)u旋,將升力變?yōu)檎瓜蚶?既提高了射流貼壁性又提高了展向覆蓋面積。姊妹孔相對(duì)于其他復(fù)雜異型孔來說,更便于加工,而且可以大幅度提高氣膜冷卻效率,在實(shí)際生產(chǎn)中有很大的應(yīng)用前景。姊妹孔相對(duì)于圓柱孔可以大幅度提高冷卻效率隨著吹風(fēng)比增大,不同夾角姊妹孔冷卻效率差別愈加明顯。綜合考慮近孔區(qū)域冷卻效率和遠(yuǎn)孔區(qū)域冷卻效率,姊妹孔最佳夾角角度是30°,其下游延伸和橫向覆蓋面積都比其他兩種情況大。 姊妹孔30°與單入雙出孔相同開孔率條件下比較得出：主流方向在近孔區(qū)域姊妹孔冷卻效率高于單入雙出孔,且隨著吹風(fēng)比的增大優(yōu)勢更加明顯,但是由于射流貼附壁面較早,射流和主流摻混引起動(dòng)量損失,到遠(yuǎn)孔區(qū)域以后,姊妹孔冷卻效率稍稍下降,小于單入雙出孔；姊妹孔平板橫向近孔區(qū)域氣膜層分布較均勻,單入雙出孔遠(yuǎn)孔區(qū)域由于主孔、次孔射流速度差引起氣膜層偏移,導(dǎo)致平板一側(cè)冷卻效果好,另一側(cè)冷卻效果欠佳；吹風(fēng)比較小時(shí)單入雙出孔冷卻效果較佳，大吹風(fēng)比下姊妹孔優(yōu)勢明顯。
【關(guān)鍵詞】：姊妹孔 單入雙出孔 數(shù)值模擬 氣膜冷卻
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK473
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 主要符號(hào)表10-12
• 目錄12-14
• 第1章 緒論14-21
• 1.1 課題背景及意義14-17
• 1.2 氣膜冷卻國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.1 氣膜冷卻孔形的實(shí)驗(yàn)研究17-18
• 1.2.2 氣膜冷卻孔形的數(shù)值模擬18-20
• 1.3 主要研究內(nèi)容20-21
• 第2章 數(shù)值計(jì)算方法和模型21-32
• 2.1 基本控制方程21-24
• 2.1.1 質(zhì)量守恒方程22
• 2.1.2 動(dòng)量守恒方程22-23
• 2.1.3 能量守恒方程23-24
• 2.2 控制方程的離散方法24-25
• 2.2.1 離散化的目的24
• 2.2.2 常用離散化方法24-25
• 2.3 常用的離散格式25-26
• 2.3.1 中心差分格式25
• 2.3.2 一階迎風(fēng)格式25-26
• 2.3.3 二階迎風(fēng)格式26
• 2.3.4 QUICK 格式26
• 2.4 湍流模型26-31
• 2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型26-28
• 2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法28-29
• 2.4.3 RNGk k-ε 模型29-30
• 2.4.4 Realizablek k-ε模型30-31
• 2.5 計(jì)算方法31-32
• 第3章 姊妹孔平板氣膜冷卻效率的數(shù)值模擬32-41
• 3.1 物理模型與數(shù)值計(jì)算方法32-36
• 3.1.1 幾何模型和網(wǎng)格劃分32-34
• 3.1.2 數(shù)值方法及邊界條件34-35
• 3.1.3 參數(shù)定義35-36
• 3.2 計(jì)算結(jié)果和討論36-40
• 3.2.1 吹風(fēng)比 M=1.5 時(shí)不同截面渦量等值線分布36-38
• 3.2.2 不同夾角底面中心線冷卻效率比較38-39
• 3.2.3 吹風(fēng)比 M=1.5 時(shí)不同姊妹孔夾角平板冷卻效率云圖39-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第4章 姊妹孔與單入雙出孔平板氣膜冷卻效率的數(shù)值模擬41-49
• 4.1 物理模型和數(shù)值計(jì)算方法41-43
• 4.1.1 幾何模型41-42
• 4.1.2 流場區(qū)域和邊界條件42-43
• 4.1.3 數(shù)值計(jì)算方法和參數(shù)定義43
• 4.2 結(jié)果分析43-48
• 4.2.1 主流方向孔后中心線冷卻效率43-46
• 4.2.2 橫向冷卻效率46
• 4.2.3 流場分析46-48
• 4.2.4 加工工藝分析48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 結(jié)論49-51
• 參考文獻(xiàn)51-54
• 發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況54-55
• 致謝55

【參考文獻(xiàn)】

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