【摘要】：為了改善航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性,提高經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),對(duì)渦輪部件的研究從未間斷過。分隔葉片與機(jī)匣的渦輪外環(huán)熱負(fù)荷僅次于葉片,準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)渦輪外環(huán)與葉頂間隙流動(dòng)和外環(huán)氣膜冷卻特性對(duì)提高渦輪性能具有重要意義。本文使用數(shù)值仿真方法,研究了渦輪外環(huán)塊與渦輪葉片間隙內(nèi)的流動(dòng)特性和氣膜冷卻效率,得到了不同轉(zhuǎn)速和不同進(jìn)出口溫比下流場(chǎng)分布、總壓損失、對(duì)流換熱系數(shù)及氣膜冷卻效率。重點(diǎn)研究了渦輪不同轉(zhuǎn)速和不同吹風(fēng)比下渦輪外環(huán)非定常氣膜冷卻效率變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)隨著渦輪轉(zhuǎn)速提高,對(duì)流換熱系數(shù)分布經(jīng)歷了從整體均勻到前緣和尾緣高中間低,再到前緣高尾緣低的轉(zhuǎn)變。渦輪轉(zhuǎn)速變化同時(shí)也對(duì)轉(zhuǎn)子葉柵通道近外環(huán)一側(cè)的流動(dòng)及葉高方向的對(duì)流換熱系數(shù)分布產(chǎn)生影響。在0.5、1、1.5三個(gè)吹風(fēng)比下,與靜止?fàn)顟B(tài)比較,轉(zhuǎn)子靜子在十個(gè)不同相對(duì)位置的葉頂間隙流線、渦輪外環(huán)氣膜冷卻效率分布和流場(chǎng)方向變化顯著,在吹風(fēng)比為1.5時(shí),一個(gè)葉片旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的平均氣膜冷卻效率最高。影響瞬時(shí)氣膜冷卻效率的主要原因是氣膜孔相對(duì)于渦輪葉片的位置,次要原因是靜葉動(dòng)葉相對(duì)位置對(duì)氣膜冷卻效率的影響。
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V231
【圖文】：

圖 1.1 F135-PW-600 發(fā)動(dòng)機(jī)術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀位于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)匣和渦輪葉片之間，其作用是減少泄漏流動(dòng)溫流場(chǎng)侵蝕[4]，由于其工作環(huán)境溫度極高，為了平衡受熱變形渦輪外環(huán)分解為數(shù)個(gè)小塊。外環(huán)塊之間留有窄縫，作為熱變形設(shè)有氣膜孔。圖 1.2 為某型發(fā)動(dòng)機(jī)中高壓渦輪外環(huán)結(jié)構(gòu)剖面圖。級(jí)引入冷氣腔，經(jīng)整流后進(jìn)入沖擊孔板前腔，再經(jīng)過沖擊孔板后進(jìn)入氣膜孔，在氣膜孔出口形成氣膜，以保護(hù)整個(gè)外環(huán)結(jié)構(gòu)渦輪外環(huán)的冷卻設(shè)計(jì)，其內(nèi)部一般采用沖擊冷卻方法，外部沖擊冷卻的混合模式[6-7]。

圖 1.2 高壓渦輪外環(huán)供氣管路剖面圖在沖擊冷卻研究方面，許全宏，林宇震，劉高恩[8]對(duì)封閉空間內(nèi)的單孔沖擊模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出了沖擊間距比（沖擊距離比沖擊孔直徑）對(duì)努塞爾數(shù)的影響。毛軍逵[9]等對(duì)沖擊間距比小于 1 的單孔射流進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)沖擊間距很小時(shí)，除滯止點(diǎn)外在靶面軸向和周向上均會(huì)出現(xiàn)對(duì)流換熱系數(shù)極大值。沈瑾等[10]研究了凹面靶板的沖擊冷卻，發(fā)現(xiàn)其流動(dòng)特性主要受沖擊雷諾數(shù)和沖擊角度影響�？妵齕11]也對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得出了類似的結(jié)論，并進(jìn)一步給出了實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。在復(fù)合冷卻研究方面，文獻(xiàn)[12-14]對(duì)復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)與單純采用氣膜冷卻相比對(duì)流換熱系數(shù)提高了 3-4 倍。Huber 等[15]對(duì)復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值研究，發(fā)現(xiàn)與單純采用沖擊冷卻相比，沖擊孔排間干涉現(xiàn)象有所減弱。K.Funazaki[16]研究了氣膜冷卻加層板擾流柱復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)，認(rèn)為該種結(jié)構(gòu)下對(duì)冷卻效果影響最大的因素是氣膜孔排列方式。徐國強(qiáng)等[17]提出了一種針對(duì)渦輪葉片弦長中間區(qū)域的新型冷卻設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)通過優(yōu)化沖擊孔與氣膜孔排列方式，獲得了很好的冷卻效果；并通過數(shù)值仿真方法發(fā)現(xiàn)沖擊靶板的努賽爾數(shù)分布曲線具有兩個(gè)極大值，能顯著提高冷卻效果。毛軍逵等[18-19]對(duì)氣膜冷卻加雙層壁沖擊冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)

沈陽航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文流從外環(huán)腔中 6 個(gè)進(jìn)氣孔流入外環(huán)塊內(nèi)的沖擊腔，進(jìn)入沖擊腔后，氣流受到腔體通道收縮影響流速增加，再通過沖擊孔板上的 4 排沖擊孔沖擊到外環(huán)塊內(nèi)壁面，再由 3 排 27個(gè)氣膜孔流入葉珊熱流通道，流出的冷氣在外環(huán)塊外壁面形成氣膜覆蓋區(qū)域。外環(huán)塊與外環(huán)塊之間留有 1mm 寬的間隙，主要是為了給熱膨脹提供預(yù)留的空間和通過氣膜孔噴氣對(duì)外環(huán)壁面進(jìn)行冷卻。

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本文編號(hào)：2794919