【摘要】：隨著航空發(fā)動機(jī)渦輪前溫度的不斷升高,使得渦輪葉片內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析工作要求極為苛刻,必須采用先進(jìn)的內(nèi)部冷卻技術(shù)或改進(jìn)內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)來降低葉片表面溫度�；诖�,本文對渦輪葉片內(nèi)冷結(jié)構(gòu)熱力耦合機(jī)理及其流動換熱特性進(jìn)行了深入的研究,進(jìn)而對內(nèi)冷結(jié)構(gòu)性能改進(jìn)進(jìn)行了探索性研究。主要研究內(nèi)容如下。(1)完成了渦輪葉片流動-傳熱-應(yīng)力多場耦合特性的研究工作。首先,通過將流固耦合計算結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)對比,驗證了SST k-w湍流模型能準(zhǔn)確預(yù)測渦輪葉片中的逆壓梯度流、激波以及邊界層轉(zhuǎn)捩等復(fù)雜流動;詳細(xì)分析了渦輪葉片周圍的邊界層流動、動力學(xué)特性、對流換熱特性和葉片內(nèi)部的換熱特征。最后,使用流固耦合的葉片固體區(qū)域網(wǎng)格完成了流固耦合和熱力耦合數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)了熱力耦合分析,得到了熱力耦合特征。(2)開展了傳統(tǒng)肋片后臺階側(cè)壁和底部壁面的低換熱區(qū)域的改進(jìn)研究。結(jié)果表明,回流區(qū)域覆蓋的肋片側(cè)壁和底部壁面的換熱效果得到了有效的改善,并且側(cè)壁傾斜角度越大換熱效果越好。在換熱面積最小的情況下,150°傾斜側(cè)壁取得了最好的換熱效果,并且流阻的增加也控制在可以接受的范圍內(nèi)。(3)研究了導(dǎo)向擾流柱形狀以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對冷卻通道換熱和流阻特性的的影響。結(jié)果表明,傾斜型擾流柱對主流的擾流效果最為劇烈,使得高湍流區(qū)域幾乎覆蓋半個肋片通道,能有效地提高帶肋通道的換熱效率,獲得最佳的換熱效果;圓柱型擾流柱和橢圓型擾流柱的擾流效果最差,但能有效地減小流動分離產(chǎn)生的負(fù)壓區(qū)、縮小對轉(zhuǎn)渦,得到了最小的通道流阻。凸型擾流柱使肋片通道流阻增加最大。另外,較高的肋間距與肋高比(P/e)將會獲得更好的綜合性能,越大的截面長寬比(AR)意味著更好的換熱特性,同時也會產(chǎn)生更大的流動阻力。
【圖文】：

西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論冷卻。內(nèi)部冷卻主要是通過強(qiáng)化對流換熱技術(shù)實現(xiàn)，主要方式有沖擊冷卻、擾流器強(qiáng)化換熱以及設(shè)法降低冷氣溫度。外部冷卻主要通過阻隔熱燃?xì)馀c渦輪葉片之間的傳熱來實現(xiàn)，主要方式有氣膜冷卻、發(fā)散冷卻以及陶瓷涂層等[10]。現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片一般都采用復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)，包括對流、氣膜、沖擊和熱障涂層等技術(shù)。圖 1-2 給出了現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片的典型冷卻結(jié)構(gòu)。在前緣區(qū)域，冷卻空氣經(jīng)多排氣膜孔在前緣表面形成氣膜，將前緣區(qū)域和主流燃?xì)飧綦x；在尾緣區(qū)域，最常用的冷卻方式是尾緣射流冷卻；在葉片中部，氣流通過擾流器對葉盆和葉背壁面形成強(qiáng)化對流冷卻[11]。

西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論冷卻。內(nèi)部冷卻主要是通過強(qiáng)化對流換熱技術(shù)實現(xiàn)，主要方式有沖擊冷卻、擾流器強(qiáng)化換熱以及設(shè)法降低冷氣溫度。外部冷卻主要通過阻隔熱燃?xì)馀c渦輪葉片之間的傳熱來實現(xiàn)，主要方式有氣膜冷卻、發(fā)散冷卻以及陶瓷涂層等[10]�，F(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片一般都采用復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)，，包括對流、氣膜、沖擊和熱障涂層等技術(shù)。圖 1-2 給出了現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片的典型冷卻結(jié)構(gòu)。在前緣區(qū)域，冷卻空氣經(jīng)多排氣膜孔在前緣表面形成氣膜，將前緣區(qū)域和主流燃?xì)飧綦x；在尾緣區(qū)域，最常用的冷卻方式是尾緣射流冷卻；在葉片中部，氣流通過擾流器對葉盆和葉背壁面形成強(qiáng)化對流冷卻[11]。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V231.1

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本文編號：2576321