層板冷卻具有冷氣消耗量少和冷卻效率高的優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件強(qiáng)化冷卻。因此,探索層板冷卻在航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的應(yīng)用(比如火焰筒壁層板冷卻結(jié)構(gòu))顯得十分必要�；谏鲜霰尘�,本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的方法探索了火焰筒壁層板冷卻結(jié)構(gòu)流動(dòng)與換熱特性。本文利用CFD數(shù)值計(jì)算研究了火焰筒壁層板冷卻結(jié)構(gòu)流動(dòng)與換熱特性,主要分析了沖擊開孔率、擾流柱直徑、溢流孔直徑、沖擊高度、流向間距、展向間距以及射流雷諾數(shù)等參數(shù)對(duì)層板冷卻結(jié)構(gòu)流動(dòng)與換熱特性的影響。計(jì)算結(jié)果表明:沖擊開孔率增加層板的總壓降和當(dāng)量流量系數(shù)減小,阻力系數(shù)增大并且換熱能力減弱;擾流柱直徑對(duì)總壓降和當(dāng)量流量系數(shù)影響很小,增大擾流柱直徑能夠降低層板阻力系數(shù),d_r=0.6mm時(shí)K值最大;溢流孔直徑增加層板總壓降和阻力系數(shù)降低,與之相反的是當(dāng)量流量系數(shù)增大,相應(yīng)的換熱能力變強(qiáng);沖擊高度增加,總壓降和阻力系數(shù)降低,當(dāng)量流量系數(shù)略微上升,沖擊高度對(duì)換熱能力的影響并非單調(diào)變化;流向間距和展向間距的增加都會(huì)使層板結(jié)構(gòu)的換熱能力增強(qiáng),層板結(jié)構(gòu)的壓降上升,流量系數(shù)幾乎不變,阻力系數(shù)隨兩者的改變未呈現(xiàn)單調(diào)的線性關(guān)系;射流雷諾數(shù)增加同樣會(huì)導(dǎo)致壓降增大,對(duì)當(dāng)量流量系數(shù)影響很小,但是阻力系數(shù)降低,層板冷卻結(jié)構(gòu)的換熱能力提升,隨著射流雷諾數(shù)的增加幾乎呈線性變化。為了驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性,本文進(jìn)行了典型工況的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)之上,利用實(shí)驗(yàn)的方法重點(diǎn)研究了沖擊孔徑、擾流柱直徑和溢流孔徑對(duì)層板內(nèi)部流動(dòng)與換熱特性的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:層板環(huán)腔內(nèi)的平均努塞爾數(shù)隨沖擊孔徑和擾流柱直徑增加而提升,但幾乎不隨溢流孔徑的增加而發(fā)生改變;總壓損失系數(shù)則隨著沖擊孔和溢流孔直徑的增加而呈現(xiàn)單調(diào)遞減的變化趨勢(shì),而隨擾流柱直徑的增加幾乎保持不變�？傮w來(lái)看,關(guān)于實(shí)驗(yàn)與計(jì)算的最大誤差,平均努塞爾數(shù)在20.2%以內(nèi),總壓損失系數(shù)在27.4%以內(nèi)。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V231.1
【部分圖文】：

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論和意義機(jī)自問(wèn)世以來(lái)被廣泛應(yīng)用于航空航天、航海、能源等諸多臟一直是人們所關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展以性能不斷提高，世界各國(guó)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求越來(lái)越高，穩(wěn)定性與可靠性，而且希望能夠降低耗油率、減少環(huán)境污性能的關(guān)鍵指標(biāo)，如圖 1.1 所示[1]，世界上各個(gè)國(guó)家都在加性能更高的飛機(jī)。推重比為 10 的一級(jí)加力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在上就是典型的代表。緊接著發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)研計(jì)劃提出將推重比增個(gè)飛速發(fā)展的黃金時(shí)期。當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度到 10 左右；當(dāng)渦輪進(jìn)口溫度達(dá)到 2100K～2300K 時(shí)推重比

場(chǎng)區(qū)域包括自由射流區(qū)、滯止區(qū)和壁面射流區(qū)三個(gè)部分[2不斷增加，射流逐漸與周圍流體發(fā)生動(dòng)能與質(zhì)量的交換，度逐漸增加，同一流向上速度梯度在不斷減小。當(dāng)射流沖射流。沖擊滯止區(qū)射流邊界層的厚度非常薄，因此沖擊滯向轉(zhuǎn)為徑向、從駐點(diǎn)區(qū)向外加速發(fā)展形成了壁面射流，壁著層流的特征，隨著噴嘴噴出流體速度的增加，壁面射流數(shù)進(jìn)一步增大。 等[3]研究了影響單孔射流沖擊冷卻效果的因素，分析了局部H/d 和孔間距 X/d 的變化規(guī)律。許全宏等[4]利用相似理論指換熱系數(shù)受雷諾數(shù)和沖擊間距的影響。研究結(jié)果表明：Nu基本上呈線性關(guān)系（圖 1.2）；當(dāng) H/d=2 時(shí)，Nu 達(dá)到最大有初始橫流的射流沖擊冷卻進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明加和射流上游域區(qū)的換熱系數(shù)減小，初始橫流流量的增加會(huì)初始橫流會(huì)削弱射流沖擊的冷卻效果。研究單個(gè)孔射流沖陣列射流冷卻的流動(dòng)與換熱特性研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文2.2 氣膜冷卻氣膜冷卻（圖 1.3）基本原理是將一股較冷的二次流沿一定角度、形狀的孔噴射進(jìn)入主，在孔出口下游表面形成一層靠近壁面的冷氣薄膜，將壁面與主流的高溫氣體分開，從高溫氣體與壁面的換熱，同時(shí)吸收部分高溫燃?xì)廨椛涞奖诿娴臒崃�，從而達(dá)到降低壁面效果[8]。

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本文編號(hào)：2827537