相反展向復(fù)合角氣膜冷卻是新發(fā)展的眾多氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的一種,其實現(xiàn)方法簡單,通過將上游和下游氣膜孔相反的展向角布置使氣膜射流形成反腎形渦對從而得到很高的冷卻效率,適合全氣膜渦輪葉片結(jié)構(gòu),本文以此為研究背景,對相反展向復(fù)合角氣膜冷卻的流動和換熱特性開展了數(shù)值和實驗研究。研究內(nèi)容主要包含三個方面:1、針對相反展向復(fù)合角冷卻結(jié)構(gòu),分析和探討流動傳熱特性,揭示其強化冷卻效率的物理機制,系統(tǒng)研究氣膜孔、主流通道的結(jié)構(gòu)、流動參數(shù)對于冷卻特性的影響規(guī)律。2、對影響陣列相反展向復(fù)合角氣膜冷卻效率的相關(guān)因素進(jìn)行敏感性分析。研究陣列相反展向復(fù)合角氣膜冷卻結(jié)構(gòu)、流動參數(shù)對氣膜冷卻特性的影響。3、采用簡化的相反展向復(fù)合角氣膜冷卻渦輪葉片,在發(fā)動機真實工況下,研究流動參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對葉片的冷卻特性以及氣動特性的影響,并提出了能兼顧葉片冷卻特性與氣動特性的相反展向復(fù)合角氣膜冷卻孔布置方法。首先對單排相反展向復(fù)合角氣膜孔冷卻的流場結(jié)構(gòu)與冷卻特性進(jìn)行分析,可知反腎形渦對的形成原因是:前孔漩渦受后孔射流影響形成新的誘導(dǎo)漩渦,誘導(dǎo)渦取代原來的前孔漩渦與后孔漩渦一起組成反腎形渦對,將冷氣推向氣膜孔中心線的兩側(cè)。結(jié)構(gòu)參數(shù)與流動參... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究的技術(shù)現(xiàn)狀分析
        1.2.1 氣膜冷卻技術(shù)的發(fā)展
        1.2.2 渦輪葉片工作環(huán)境對氣膜冷卻的影響
    1.3 本文研究內(nèi)容
第二章 相反展向復(fù)合角氣膜冷卻特性研究
    2.1 數(shù)值計算方法
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 湍流模型選取
    2.2 相反展向復(fù)合角氣膜冷卻效率與常規(guī)氣膜冷卻效率對比
        2.2.1 計算方法及邊界條件
        2.2.2 計算結(jié)果分析
    2.3 OSA氣膜冷卻吹風(fēng)比對冷卻特性影響
        2.3.1 吹風(fēng)比對流場的影響
        2.3.2 吹風(fēng)比對展向平均氣膜冷卻效率的影響
        2.3.3 吹風(fēng)比對換熱系數(shù)的影響
    2.4 OSA氣膜冷卻主流雷諾數(shù)對冷卻特性的影響
        2.4.1 主流雷諾數(shù)對流場的影響
        2.4.2 主流雷諾數(shù)對展向平均氣膜冷卻效率的影響
        2.4.3 主流雷諾數(shù)對換熱系數(shù)的影響
    2.5 OSA氣膜冷卻溫比對冷卻特性的影響
        2.5.1 溫比對流場的影響
        2.5.2 溫比對展向平均氣膜冷卻效率的影響
        2.5.3 溫比對換熱系數(shù)的影響
    2.6 OSA氣膜冷卻展向角度對冷卻特性的影響
        2.6.1 展向角度對流場的影響
        2.6.2 展向角度對展向平均氣膜冷卻效率的影響
        2.6.3 展向角度對換熱系數(shù)的影響
    2.7 OSA氣膜冷卻流向角度對冷卻特性的影響
        2.7.1 流向角度對流場的影響
        2.7.2 流向角度對展向平均氣膜冷卻效率的影響
        2.7.3 流向角度對換熱系數(shù)的影響
    2.8 相對表面曲率對OSA氣膜冷卻特性的影響
        2.8.1 被冷卻表面為凹面的OSA氣膜冷卻特性
        2.8.2 被冷卻表面為凸面的OSA氣膜冷卻特性
    2.9 壓力梯度對OSA氣膜冷卻特性的影響
        2.9.1 壓力梯度對流場的影響
        2.9.2 壓力梯度對展向平均氣膜冷卻效率的影響
        2.9.3 壓力梯度對換熱系數(shù)的影響
    2.10 激波對OSA氣膜冷卻特性的影響
        2.10.1 激波位置對流場影響
        2.10.2 激波位置對展向平均氣膜冷卻效率的影響
        2.10.3 激波位置對換熱系數(shù)的影響
    2.11小結(jié)
第三章 陣列相反展向復(fù)合角氣膜冷卻特性研究
    3.1 陣列相反展向復(fù)合角氣膜冷卻特性影響因素研究
        3.1.1 模型建立
        3.1.2 正交試驗參數(shù)選取
        3.1.3 邊界條件及網(wǎng)格
        3.1.4 流場分析
        3.1.5 冷卻特性分析
        3.1.6 換熱特性分析
    3.2 相反展向復(fù)合角與相同展向復(fù)合角陣列氣膜冷卻效率對比研究
        3.2.1 計算模型
        3.2.2 邊界條件及網(wǎng)格
        3.2.3 速度場與溫度場分析
        3.2.4 氣膜冷卻效率分析
        3.2.5 壁面換熱系數(shù)分析
    3.3 相反展向復(fù)合角陣列氣膜冷卻特性實驗研究
        3.3.1 實驗系統(tǒng)
        3.3.2 實驗設(shè)備
        3.3.3 數(shù)據(jù)處理
        3.3.4 氣膜冷卻效率
        3.3.5 流量系數(shù)
        3.3.6 誤差分析
    3.4 小結(jié)
第四章 相反展向復(fù)合角氣膜冷卻葉片冷卻特性研究
    4.1 相反展向復(fù)合角氣膜冷卻葉片模型與網(wǎng)格
        4.1.1 相反展向復(fù)合角氣膜冷卻葉片模型
        4.1.2 相反展向復(fù)合角氣膜冷卻葉片網(wǎng)格
        4.1.3 計算模型邊界條件
    4.2 葉片局部平均氣膜冷卻效率
        4.2.1 OSA葉片與SSA葉片局部平均氣膜冷卻效率對比
        4.2.2 OSA與SSA的氣動性能對比
        4.2.3 OSA葉片開孔位置對局部平均氣膜冷卻效率的影響
        4.2.4 OSA葉片展向角度對局部平均氣膜冷卻效率的影響
        4.2.5 OSA氣膜孔開孔位置對氣動性能影響
    4.3 葉片沿程展向平均氣膜冷卻效率
        4.3.1 OSA與SSA氣膜孔展向角度對葉片沿程展向平均氣膜冷卻效率影響對比
        4.3.2 OSA與SSA氣膜孔展向孔距對葉片沿程展向平均氣膜冷卻效率影響對比
        4.3.3 OSA氣膜孔展向孔距對葉片沿程展向平均氣膜冷卻效率的影響
        4.3.4 OSA氣膜孔展向孔距、吹風(fēng)比、展向角度對氣動性能的影響
    4.4 主流雷諾數(shù)對OSA葉片冷卻特性的影響
        4.4.1 主流雷諾數(shù)對OSA葉片局部平均氣膜冷卻效率的影響
        4.4.2 主流雷諾數(shù)對OSA葉片沿程展向平均氣膜冷卻效率的影響
        4.4.3 主流雷諾數(shù)對OSA葉片能量損失系數(shù)的影響
    4.5 展向角度優(yōu)化的OSA葉片氣動性能與冷卻特性
    4.6 小結(jié)
第五章 總結(jié)和展望
    5.1 本文研究結(jié)論
        5.1.1 單排OSA氣膜孔冷卻特性
        5.1.2 陣列OSA氣膜孔冷卻特性
        5.1.3 OSA氣膜冷卻葉片冷卻特性
    5.2 本文創(chuàng)新點
    5.3 進(jìn)一步研究工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號：2923016