【摘要】：渦輪外環(huán)位于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)匣和渦輪葉片之間,起到保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣免受高溫流場(chǎng)侵蝕和減少泄漏流動(dòng)的作用。外環(huán)結(jié)構(gòu)和附近燃?xì)饬鲃?dòng)特點(diǎn)決定了外環(huán)表面既有復(fù)合角射流,又有逆向射流氣膜冷卻。有關(guān)氣膜孔角度的研究局限于氣膜孔小轉(zhuǎn)角或單純逆向射流,與渦輪外環(huán)對(duì)應(yīng)的大轉(zhuǎn)角射流氣膜冷卻未見(jiàn)報(bào)道。復(fù)合角氣膜冷卻特性的研究可以為優(yōu)化渦輪外環(huán)圓柱孔射流氣膜冷卻設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。為探討氣膜孔角度對(duì)圓柱孔氣膜冷卻特性的影響,數(shù)值模擬分析了射流角為15°、45°和75°,轉(zhuǎn)角分別為0°、60°、120°和180°圓柱孔在不同吹風(fēng)比的氣膜冷卻效率。結(jié)果表明:三種射流角中,射流角15°具有最佳的氣膜冷卻效率和展向覆蓋面積,其中60°轉(zhuǎn)角具有最高的展向平均氣膜冷卻效率。三種射流角下,轉(zhuǎn)角180°結(jié)構(gòu)都隨著吹風(fēng)比的增加,冷氣展向覆蓋范圍增加,氣膜冷卻效率提高。轉(zhuǎn)角0°結(jié)構(gòu)隨著吹風(fēng)比的增加,冷氣展向覆蓋范圍減少,氣膜冷卻效率降低。射流角75°結(jié)構(gòu)下,轉(zhuǎn)角對(duì)氣膜冷卻效率的影響較小,漩渦結(jié)構(gòu)明顯,容易使冷氣脫離壁面;轉(zhuǎn)角180°結(jié)構(gòu)具有最穩(wěn)定的氣膜冷卻效率,三種吹風(fēng)比下展向平均氣膜冷卻效率差異在10%以?xún)?nèi)。為提高渦輪外環(huán)氣膜冷卻效率,在孔槽結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上提出圓孔-半橢圓槽結(jié)構(gòu)。為揭示圓孔-半橢圓槽結(jié)構(gòu)強(qiáng)化冷卻的機(jī)理,數(shù)值模擬研究了圓孔-半橢圓型槽組合結(jié)構(gòu)下游流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及氣膜冷卻效率。分析了不同吹風(fēng)比下半橢圓槽深度對(duì)氣膜冷卻特性的影響。結(jié)果表明:吹風(fēng)比0.5和1.5時(shí),和鋸齒槽相比,半橢圓槽更容易形成反向?qū)︿鰷u,半橢圓槽展向平均氣膜冷卻效率提高5%-119%。隨著半橢圓槽深度的增加,孔間區(qū)域的氣膜冷卻效率提高,展向氣膜冷卻效率分布更均勻。吹風(fēng)比0.5時(shí),槽深度對(duì)半橢圓槽展向平均氣膜冷卻效率的影響很小,三種槽深的差距在15%以?xún)?nèi)。吹風(fēng)比1.5時(shí),半橢圓槽深度為0.5倍孔徑的展向平均氣膜冷卻效率最佳,分別比槽深度為0.25倍和0.75倍孔徑的半橢圓槽高55%-107%和2%-16%。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V231
【圖文】：

防事業(yè)起到了積極作用。航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為工業(yè)皇冠上的明珠在航空工業(yè)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，極大促進(jìn)了人類(lèi)文明的進(jìn)步，對(duì)世界各國(guó)政治、軍事和經(jīng)濟(jì)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。十三五期間，國(guó)家列出一百個(gè)重大專(zhuān)項(xiàng)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)列在第一位，可見(jiàn)國(guó)家對(duì)“兩機(jī)”的重視。習(xí)近平總書(shū)記還指出，加速實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)自主研發(fā)和生產(chǎn)制造，為把我國(guó)建設(shè)成航空強(qiáng)國(guó)而不懈努力奮斗！建國(guó)初期，國(guó)家工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，仿制生產(chǎn)了渦噴-6、渦噴-7 等型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)立生產(chǎn)。昆侖發(fā)動(dòng)機(jī)（圖 1.1）是我國(guó)首個(gè)完成設(shè)計(jì)，制造，試飛整個(gè)過(guò)程的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，為之后的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程起到了指導(dǎo)作用。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的自主研發(fā)，科研工作者經(jīng)過(guò)不懈努力，終于擁有了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的發(fā)動(dòng)機(jī)-太行發(fā)動(dòng)機(jī)。圖 1.2 為太行發(fā)動(dòng)機(jī)，太行發(fā)動(dòng)機(jī)是三級(jí)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，具有大推重比，主要裝備在殲-11上。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力的增加，渦輪前溫度不斷提高，目前四代發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度已經(jīng)達(dá)到 1800K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的熔點(diǎn)，這就需要實(shí)施有效冷卻措施來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠正常運(yùn)行[1,2]。

防事業(yè)起到了積極作用。航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為工業(yè)皇冠上的明珠在航空工業(yè)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，極大促進(jìn)了人類(lèi)文明的進(jìn)步，對(duì)世界各國(guó)政治、軍事和經(jīng)濟(jì)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。十三五期間，國(guó)家列出一百個(gè)重大專(zhuān)項(xiàng)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)列在第一位，可見(jiàn)國(guó)家對(duì)“兩機(jī)”的重視。習(xí)近平總書(shū)記還指出，加速實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)自主研發(fā)和生產(chǎn)制造，為把我國(guó)建設(shè)成航空強(qiáng)國(guó)而不懈努力奮斗！建國(guó)初期，國(guó)家工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，仿制生產(chǎn)了渦噴-6、渦噴-7 等型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)立生產(chǎn)。昆侖發(fā)動(dòng)機(jī)（圖 1.1）是我國(guó)首個(gè)完成設(shè)計(jì)，制造，試飛整個(gè)過(guò)程的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，為之后的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程起到了指導(dǎo)作用。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的自主研發(fā)，科研工作者經(jīng)過(guò)不懈努力，終于擁有了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的發(fā)動(dòng)機(jī)-太行發(fā)動(dòng)機(jī)。圖 1.2 為太行發(fā)動(dòng)機(jī)，太行發(fā)動(dòng)機(jī)是三級(jí)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，具有大推重比，主要裝備在殲-11上。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力的增加，渦輪前溫度不斷提高，目前四代發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度已經(jīng)達(dá)到 1800K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的熔點(diǎn)，這就需要實(shí)施有效冷卻措施來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠正常運(yùn)行[1,2]。

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2 秦晏e

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