航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪高溫部件必須冷卻,而氣膜冷卻是最常用的冷卻技術(shù)。為了提高冷卻效果,同時(shí)提高傳統(tǒng)氣膜冷卻對(duì)主流不穩(wěn)定性的適應(yīng)能力,脈動(dòng)氣膜冷卻有可能成為一種很有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。但是關(guān)于脈動(dòng)的冷氣能否提高冷卻效率,至今沒(méi)有形成定論。且相關(guān)的研究主要是在簡(jiǎn)化的平板模型中進(jìn)行,真實(shí)渦輪環(huán)境中脈動(dòng)冷卻性能研究很少。哈工大氣動(dòng)研究中心提出由壓氣機(jī)中“非定常脈動(dòng)抽吸”冷氣供給渦輪“脈動(dòng)氣膜冷卻”,實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能提升的新理念。但關(guān)于用哪種統(tǒng)一的脈動(dòng)形式,以及如何選擇吹風(fēng)比才能提高冷卻效率等問(wèn)題亟待解決。本文首先在35度傾角平板射流模型中,采用非定常數(shù)值模擬方法研究了脈動(dòng)的流場(chǎng)特性。然后為了探究不同激勵(lì)形式對(duì)脈動(dòng)氣膜冷卻特性的影響,挑選常用的方波和正弦波作為冷氣激勵(lì),重點(diǎn)對(duì)冷氣附著和高溫主流入侵現(xiàn)象進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明:正弦激勵(lì)下的冷氣對(duì)壁面有更強(qiáng)的附著和更高的冷卻效率;方波激勵(lì)下的冷氣穿透能力較強(qiáng)但對(duì)壁面附著相對(duì)較弱。此外,方波激勵(lì)下存在主流入侵,會(huì)燒蝕氣膜孔及局部壁面;而正弦激勵(lì)使得冷氣連續(xù)變化,能明顯抑制主流入侵。更進(jìn)一步,提高脈動(dòng)周期內(nèi)的最低吹風(fēng)比不是抑制主流入侵的最佳方式,因?yàn)橹髁魅?.. 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

GE和普惠共同研制的某渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)立體圖

圖 1-2 渦輪內(nèi)部冷卻示意圖[8]外部冷卻方法中，發(fā)散冷卻是指通過(guò)多孔結(jié)構(gòu)將冷氣噴射到葉片外表面，但并未得到實(shí)際應(yīng)用。原因是多孔結(jié)構(gòu)的孔太小，易堵，使用壽命難以得到保障；氣膜冷卻是外冷中廣泛采用的技術(shù)，目前在葉片表面，端壁，葉尖都得到了應(yīng)用。1.3 恒定射流氣膜冷卻技術(shù)渦輪中，基本所有的外表面所采用的冷卻技術(shù)都是氣膜冷卻，比如葉片表面、端壁和葉頂間隙。氣膜冷卻作為一種外部冷卻技術(shù)，通過(guò)將冷氣噴射到壁面，將高溫燃?xì)馀c工作部件隔離開(kāi)，實(shí)現(xiàn)冷卻保護(hù)。所以，衡量氣膜冷卻效果的好壞，關(guān)鍵就在于冷氣的覆蓋效果。為了提高氣膜冷卻性能，學(xué)者們從多個(gè)方面進(jìn)行過(guò)努力。關(guān)于氣膜孔幾何形狀，已經(jīng)從最為簡(jiǎn)單的圓柱形氣膜孔發(fā)展到扇形氣膜孔，使得冷氣的橫向和流向冷卻效果獲得提升；關(guān)于氣膜孔布置，尤其是端壁區(qū)域，已經(jīng)從簡(jiǎn)單的均勻布置發(fā)展為根據(jù)流動(dòng)情況分區(qū)域布置；此外，還有關(guān)于孔間距、長(zhǎng)徑比等因素的探究。氣膜冷卻技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展、完善，目前冷卻性能已經(jīng)有了很大提升。影響氣膜冷卻性能的主要因素，已經(jīng)總結(jié)在表 1-1 中。其中每種影響因素之間并不

a) 圓型孔 b) 橫向擴(kuò)展型孔 c) 向前傾斜的橫向擴(kuò)展型孔圖 1-3 三種不同形式的氣膜孔出口[29]諸多研究已經(jīng)證明，圓柱氣膜孔在高動(dòng)量射流時(shí)，冷氣會(huì)明顯出現(xiàn)分離。所于各種新奇氣膜孔的設(shè)計(jì)研究一直在繼續(xù)，主要朝著扇形孔改進(jìn)。但是在作比較時(shí)卻一直以圓柱氣膜孔作為基準(zhǔn)。顯然，扇形氣膜孔在作改型優(yōu)化時(shí)，柱氣膜孔作為比較基準(zhǔn)是不合適的。為了給扇形氣膜孔改型優(yōu)化提供一個(gè)基礎(chǔ)，需要找到一種扇形孔作為基準(zhǔn)。roeder RP 等[30]根據(jù)文獻(xiàn)和工業(yè)上用的最多的一種扇形孔（laidback fanshaped）,參考所有用過(guò)的幾何參數(shù)范圍，確定了 7-7-7 基準(zhǔn)扇形孔，如圖 1-4 所示。，名稱(chēng)中的數(shù)字 7 代表的是沿著三個(gè)方向的擴(kuò)張角都為 7 度。氣膜孔與主流（傾角）為 30 度，長(zhǎng)徑比為 6，孔出口與進(jìn)口面積比為 2.5，孔之間的橫向間 6D（D 為氣膜孔圓柱段直徑）。從冷卻效率角度看，密度比為 1.2 或 1.5 時(shí)，度為 5%時(shí)，最佳吹風(fēng)比約為 1.5。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]變攻角下端壁非定常脈動(dòng)抽吸對(duì)高負(fù)荷壓氣機(jī)葉柵性能的影響[J]. 張洪鑫,陳紹文,李偉航,王松濤,王仲奇.  推進(jìn)技術(shù). 2019(10)
[2]定常抽吸與非定常脈動(dòng)抽吸對(duì)高負(fù)荷壓氣機(jī)葉柵性能的影響[J]. 張洪鑫,陳紹文,王松濤,王仲奇.  大連海事大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[3]孔式非定常脈動(dòng)抽吸控制高負(fù)荷壓氣機(jī)葉柵內(nèi)流動(dòng)分離的參數(shù)研究[J]. 張洪鑫,陳紹文,鞏赟,王松濤,王仲奇.  推進(jìn)技術(shù). 2019(03)

博士論文
[1]超高負(fù)荷擴(kuò)壓葉柵分離結(jié)構(gòu)及其定常與非定�？刂蒲芯縖D]. 蔡樂(lè).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



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