渦輪葉片內(nèi)部冷卻通道的設(shè)計(jì)對(duì)于提高渦輪進(jìn)口溫度,進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率具有重要意義。本文以渦輪葉片內(nèi)部擾流冷卻通道為研究對(duì)象,采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)方法,研究了通道內(nèi)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)和換熱特性,為進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)及工程研制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。論文首先介紹和提出了VLES高精度湍流模型,并驗(yàn)證了其計(jì)算精度。接著針對(duì)典型葉片肋化內(nèi)冷通道開展了數(shù)值計(jì)算,獲得了通道表面和擾流障礙物表面的換熱情況分布規(guī)律,并就擾流單元周圍的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和流動(dòng)特性對(duì)換熱特性的影響展開了分析。在此基礎(chǔ)上,文章針對(duì)障礙物加肋的典型冷卻單元進(jìn)行了計(jì)算,分析了典型工況下的流動(dòng)和換熱特性,并探究了進(jìn)口Re數(shù)(Re=38,000~54,000)和障礙物幾何尺寸包括障礙物高度(H/e=1~4,e為肋片高度)、寬度(w/e=1~4)、長度(l/e=1~4),以及與肋片間的間距(s/e=1~4),對(duì)通道流動(dòng)和換熱特性的影響,同時(shí)進(jìn)行了敏感性分析。計(jì)算結(jié)果表明,上游障礙物的存在使得下游障礙物和肋片之間的區(qū)域以及肋片表面的換熱系數(shù)大大增加,同時(shí),肋片下游的換熱強(qiáng)化區(qū)域更靠近肋片。通道底部壁面換熱系數(shù)隨進(jìn)口Re數(shù)和障礙物法向高度增加而增加。對(duì)肋化通道綜合性能系數(shù)影響最大的是上游擾流障礙物的法向高度與流向長度。在本文的計(jì)算工況內(nèi),障礙物高度為2e,長度為4e時(shí),具有最大的綜合性能系數(shù)。最后,論文針對(duì)障礙物加肋的冷卻單元,利用瞬態(tài)液晶技術(shù)開展了試驗(yàn)研究,分析了通道壁面Nu數(shù)隨進(jìn)口雷諾數(shù)(Re=38,000~54,000)和障礙物高度(H/e=1~4)等參數(shù)的變化規(guī)律。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)隨著進(jìn)口雷諾數(shù)Re的增加,內(nèi)表面換熱系數(shù)逐步增強(qiáng)。通道底部換熱系數(shù)隨障礙物高度增加而增加。
【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】：2018
【中圖分類】：V231
【部分圖文】：

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論的主要方法之一是增加渦輪入口溫度。然而熱負(fù)荷，對(duì)葉片使用壽命和發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性都化冷卻方法，如沖擊冷卻，氣膜冷卻，肋化大允許溫度范圍內(nèi)。通道由多個(gè)串聯(lián)或并連的徑向腔室組成，在。在葉片前緣部分，通常采用氣膜加沖擊的緣部分，多采用柱肋和溢流冷卻相結(jié)合的形從壓氣機(jī)抽取的冷卻空氣通過葉根進(jìn)入葉片熱作用將高溫燃?xì)鈧鹘o葉片的熱量帶走，達(dá)過程如圖 1.1 所示。

圖 1.2 立方體擾流的渦系結(jié)構(gòu)[3]的卡門渦街等渦旋脫落現(xiàn)象一直是人們長期的研究課進(jìn)行過試驗(yàn)研究。如 Bourgeois 等[4]通過 PIV 試驗(yàn)方法方柱周圍的大尺度渦結(jié)構(gòu)。Bourgeois 等發(fā)現(xiàn)尾流的渦散，以及大尺度渦向小尺度渦輸運(yùn)湍動(dòng)能來影響流體在強(qiáng)烈的相互作用，方柱頂端剪切層渦量的作用使得尾跡渦。Martinuzzi 等[5]使用 PIV 和油流方法對(duì)平板上研究，并比較了不同間距的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)上游立方體分離，在下游立方體的側(cè)面重新附著，并的尾跡渦。對(duì)于大間距（4 倍立方體邊長），下游立方體水平的提高，數(shù)值模擬方法也已成為鈍體擾流湍流流為廣泛的雷諾平均方法，如 k- 、k-ω 兩方程模型等缺陷。鈍體擾流流場(chǎng)便是典型的與時(shí)間相關(guān)的流場(chǎng)，體擾流流場(chǎng)的流動(dòng)特性。另一方面，近年來，大

肋片上游障礙物擾流特性及其對(duì)換熱的影響研究熱阻；另一方面，二次流的存在使得壁面處的擾動(dòng)增熱效果得以提升。葉片內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的空間受限，鈍體擾流及其相互之間的獨(dú)特的規(guī)律。Webb 等[24]總結(jié)了不同相對(duì)肋間距（p/流動(dòng)分離狀態(tài)，如圖 1.3 所示。從圖中可以看出，當(dāng)下，從肋下游開始發(fā)生分離，逐漸形成擴(kuò)寬的自由剪附著于壁面。逆流邊界層起始于再附著點(diǎn)并且在上游向下游發(fā)展。壁面剪切應(yīng)力在再附著點(diǎn)為零，在回流的方向在這些區(qū)域中是相反的。對(duì)于小于 8 的 p/e 的傳遞系數(shù)的測(cè)量[25]表明在再附著點(diǎn)附近傳熱系數(shù)最大邊界層的局部傳熱系數(shù)。由此可見，肋化通道的流場(chǎng)
【參考文獻(xiàn)】

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1 邱慶剛;沈勝強(qiáng);;矩形肋片導(dǎo)流角度對(duì)內(nèi)冷通道流動(dòng)與換熱特性的影響[J];熱科學(xué)與技術(shù);2008年04期

2 邱慶剛;沈勝強(qiáng);;肋片幾何形狀對(duì)仿螺旋肋片內(nèi)冷通道流動(dòng)與換熱的影響[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2006年01期

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1 馮志新;對(duì)帶氣膜孔的肋化冷卻通道耦合換熱特性的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

2 米海蓉;方形鈍體繞流湍流場(chǎng)特征參數(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2870337