隨著現(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)性能的日益提高,高增壓比、高渦輪進(jìn)口溫度、高推重比、高效率和低污染等是未來航空發(fā)動機(jī)發(fā)展的必然趨勢,同時(shí)對燃燒室火焰筒壁的冷卻提出了更高的要求。異形氣膜孔是在圓柱孔的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展的高效氣膜冷卻結(jié)構(gòu),為火焰筒壁面冷卻技術(shù)提供了新的途徑。本文針對火焰筒異形氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu),開展了流動與換熱特性的研究。研究基于Fluent軟件進(jìn)行,設(shè)計(jì)了三種類型的異形孔結(jié)構(gòu),主要包括前傾孔,扇形孔和簸箕孔,研究每種孔型結(jié)構(gòu)的主要幾何參數(shù)(前傾孔的前傾擴(kuò)張角、扇形孔的展向擴(kuò)張角和簸箕孔的擴(kuò)張比例、孔傾角、前傾擴(kuò)張角以及展向擴(kuò)張角)對火焰筒流動與換熱特性的影響。主要開展了以下兩方面的研究:一、在相同的邊界條件下,分析了典型周期面的溫度分布、熱側(cè)壁面的溫度分布、氣膜孔內(nèi)速度以及矢量分布、氣膜孔內(nèi)及出口附近的壓力和流線分布和沿程平均冷卻效率分布規(guī)律,進(jìn)一步比較了不同幾何參數(shù)對其流動與傳熱特性的影響,總結(jié)了冷卻效率關(guān)于不同幾何參數(shù)的關(guān)系式。研究表明,前傾擴(kuò)張角越大,前傾孔的冷卻效率越高;展向擴(kuò)張角越大,扇形孔的冷卻效率越大;與未擴(kuò)張的圓柱孔相比,具有擴(kuò)張的簸箕孔效率提高明顯,同時(shí)半擴(kuò)張的孔型與完全擴(kuò)張孔的差別較小,孔傾角越小,冷卻效率越高,前傾擴(kuò)張角和展向擴(kuò)張角在本文研究范圍內(nèi)對冷卻效率的影響不大。二、基于數(shù)值模擬結(jié)果,對冷卻效率公式進(jìn)行了歸納總結(jié),分析了主要的影響參數(shù),編寫了火焰筒異形氣膜孔冷卻結(jié)構(gòu)的一維流動與換熱程序,為火焰筒兩側(cè)的換熱特性分布的預(yù)估提供了工具。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V235.1
【部分圖文】：

染等是未來航空發(fā)動機(jī)發(fā)展的必然趨勢，同時(shí)對燃燒室火焰筒壁的冷卻提出著設(shè)計(jì)參數(shù)的提高，壓氣機(jī)出口溫度的升高導(dǎo)致冷卻空氣的冷卻能力降低，，需要在滿足油氣比的要求下通過增加燃油量來提高燃燒室溫度，使得燃燒平均溫度相應(yīng)增高。因此在冷卻氣體溫度提高的情況下，如何在保證冷卻效空氣的用量，從而對燃燒室火焰筒壁面進(jìn)行有效的熱保護(hù)，開發(fā)先進(jìn)的冷卻為目前亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。室位于壓氣機(jī)和渦輪之間，主要作用是對來自壓氣機(jī)的氣體與燃油合理安排從而產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)�，然后通過渦輪或噴管做功，使燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)化為室是航空發(fā)動機(jī)重要的部件之一，它的性能對發(fā)動機(jī)的可靠性、壽命和經(jīng)濟(jì)例如若燃燒室出口溫度分布不均勻，則會導(dǎo)致其局部溫度過高而引起第一級受損壞。燃燒室主要由擴(kuò)壓器、機(jī)匣、旋流器、噴嘴、帽罩以及火焰筒組成中，火焰筒壁面上面開有各種孔，其中主流孔和摻混孔用于實(shí)現(xiàn)油/氣兩相流同時(shí)主流與冷流在下游區(qū)域進(jìn)行摻混，以此滿足火焰筒出口溫度分布的需要燃燒產(chǎn)生的燃?xì)鉁囟雀哌_(dá) 2000K，火焰筒壁面的熱負(fù)荷較大，所以必須采取延長火焰筒的壽命。

焰筒壽命采用的主要方法有：一是使用耐高溫的材料新型的耐高溫材料，但該材料應(yīng)用到火焰筒上還需要的冷卻結(jié)構(gòu)來冷卻火焰筒壁面，使火焰筒壁面得到有式主要有氣膜冷卻、沖擊冷卻和復(fù)合冷卻等方式。燃?xì)廨啓C(jī)最早開始使用的一種冷卻技術(shù)，目前已成為卻的原理如圖 1.2 所示，溫度較低的二次流體通過縫蓋在火焰筒壁面從而隔離高溫主流，繼而對火焰筒的通道存在著壓力差，壓差將低溫的冷卻氣體通過氣膜主流的壓力作用而向下游彎曲，形成冷卻氣膜貼著壁的熱輻射，對壁面起到良好的熱保護(hù)。沿著流動方向混，使得冷卻氣流的溫度不斷升高，冷卻效果沿流向流來降低氣膜溫度。

圖 1. 3 單圓噴口沖擊射流流場結(jié)構(gòu)一種非常高效的冷卻方式，相比于單一冷卻方式，存的冷卻中有著重要的應(yīng)用。目前航空發(fā)動機(jī)復(fù)合冷卻進(jìn)行組合的冷卻結(jié)構(gòu)，如集沖擊冷卻、對流冷卻和氣，基本原理為：冷卻氣體通過沖擊孔與壁面進(jìn)行沖擊生偏轉(zhuǎn)，與擾流柱進(jìn)行對流換熱，最后冷卻氣體經(jīng)氣附面層受到抽吸作用，使得冷氣側(cè)壁內(nèi)的換熱得到大熱面積較大，通道內(nèi)具有很高的換熱系數(shù)。所以層板
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本文編號：2890261