本文用大渦模擬（Large Eddy Simulation,LES）方法模擬了橫向定常射流與合成射流入射時(shí)多種因素對(duì)氣膜冷卻效率的影響。論文模擬了不同入射角、不同入射孔的排布方式以及不同孔型、不同吹風(fēng)比、不同雷諾數(shù)對(duì)定常射流入射的氣膜冷卻效率的影響。結(jié)果顯示:吹風(fēng)比為0.5、入射角為30°、扇形孔入射、雙排插排孔入射以及低雷諾數(shù)下的氣膜冷卻效果較好。本課題還分析討論了不同吹風(fēng)比、不同孔型、不同斯特勞哈爾數(shù)（Strouhal number,St）以及插排入射時(shí)孔排的入射次序?qū)M向合成射流氣膜冷卻效果的影響。結(jié)果顯示:吹風(fēng)比（blowing ratio,M）為2.5、扇形孔入射以及斯特勞哈爾數(shù)St=0.22所對(duì)應(yīng)的氣膜冷卻效果最好。同時(shí)發(fā)現(xiàn),無論是定常射流還是合成射流,順排入射和插排入射都表現(xiàn)出了很強(qiáng)的互補(bǔ)性,二者結(jié)合能夠更好地同時(shí)提高近場(chǎng)及遠(yuǎn)場(chǎng)的冷卻效率。最后對(duì)兩種射流入射時(shí)流場(chǎng)中的渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,結(jié)果顯示:一、定常射流入射時(shí),渦結(jié)構(gòu)會(huì)影響射流的核心和大小,進(jìn)而影響氣膜冷卻效果;多孔入射的渦結(jié)構(gòu)會(huì)造成射流之間的相吸作用,使氣膜覆蓋更加均勻;兩種流體摻混時(shí)射流會(huì)導(dǎo)致射流的抬升,反向旋轉(zhuǎn)渦對(duì)... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

燃?xì)廨啓C(jī)葉片冷卻過程

中北大學(xué)學(xué)位論文2有效保護(hù)。圖1-2簡(jiǎn)化的氣膜冷卻模型其中，氣膜冷卻效率的計(jì)算如公式（1-1）[7]：mpmcTTTT（1-1）其中，Tm為主流溫度，Tp為壁溫，Tc為冷卻流的溫度。該計(jì)算公式也可以理解為冷卻流散布和保護(hù)壁面程度的量度。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在氣膜冷卻過程中，會(huì)有諸多因素都對(duì)冷卻效果產(chǎn)生不同程度的影響。其中，不乏關(guān)于冷卻流進(jìn)入環(huán)境流體的角度，即入射角α方面的研究。以雙壁冷卻翼型為例，為了提高冷卻效率，其冷卻結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部負(fù)載結(jié)構(gòu)板和外部熱屏蔽板，而內(nèi)部負(fù)載結(jié)構(gòu)板的厚度通常是外部熱屏蔽板的兩到三倍，這一結(jié)構(gòu)主要是為了使冷卻孔的長(zhǎng)徑比變大（通常大于1），這種情況可以通過一些典型的幾何布置實(shí)現(xiàn)，例如孔口被加工到內(nèi)部負(fù)載結(jié)構(gòu)中，并與表面呈非法線角度，這樣當(dāng)對(duì)圓形冷卻孔施加一個(gè)傾斜角時(shí)，傳熱圖形會(huì)由圓形變?yōu)闄E圓形，使得冷卻流入射時(shí)流向方向的動(dòng)量更大[2]。根據(jù)上述研究，一定范圍內(nèi)的傾斜入射對(duì)提高冷卻效果是有好處的。Liu和Folkersma[3][4]針對(duì)入射角問題結(jié)合吹風(fēng)比給出了具體的數(shù)值方面的氣膜冷卻結(jié)果的比較，當(dāng)入射角α=30°時(shí)，絕熱效率隨吹風(fēng)比的增大而增大。其中，當(dāng)吹風(fēng)比在0.5附近時(shí)，絕熱效率達(dá)到峰值，之后絕熱效率逐漸減小至保持不變；而當(dāng)入射角α=60°時(shí)，絕熱效率曲線的變化趨勢(shì)與α=30°相同但氣膜冷卻效率的數(shù)值整體比α=30°時(shí)要校Chen[5]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，射流與主流的同向率越大，即冷卻射流入射橫向流場(chǎng)時(shí)，入射角越小，腎形渦的強(qiáng)度越低，氣膜對(duì)壁的附著效果越好。除了入射角之外，通過改變孔型進(jìn)而改善氣膜冷卻效率的研究也不在少數(shù)，得出的主要結(jié)論有：在冷卻劑流速相同時(shí)，圓孔較之方孔冷卻效果更好[6]；扇形孔與圓孔

中北大學(xué)學(xué)位論文7圖1-3本文章節(jié)結(jié)構(gòu)圖本文其余章節(jié)內(nèi)容安排如下：在第二章中確定該問題的控制方程和數(shù)值模擬方法，運(yùn)用ICEM軟件繪制網(wǎng)格并對(duì)結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，對(duì)選用的數(shù)值模擬模型進(jìn)行正確性驗(yàn)證，以及根據(jù)網(wǎng)格尺寸及邊界條件對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)置；在第三章中確定模擬中所需的物理模型，即在數(shù)值模擬過程中的計(jì)算域，以及對(duì)邊界條件進(jìn)行設(shè)置，并且對(duì)定常射流入射條件下不同的影響因素包括入射角、孔型、孔的排布方式、吹風(fēng)比以及雷諾數(shù)對(duì)氣膜冷卻效果的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬并量化為冷卻效率曲線得出每種情況下的最優(yōu)解；本文的第四章參照前人關(guān)于合成射流的研究，結(jié)合第三章在定常射流入射條件時(shí)得出的氣膜冷卻結(jié)果，分析了合成射流入射條件下不同吹風(fēng)比、不同

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]吹風(fēng)比對(duì)渦輪葉片尾緣氣膜冷卻效率影響[J]. 李廣超,于全朋,張魏,寇志海.  熱力發(fā)電. 2018(10)
[2]扇形孔氣膜冷卻效果的數(shù)值模擬[J]. 楊曉軍,張驍峰,劉智剛.  機(jī)械工程與自動(dòng)化. 2017(02)
[3]孔型對(duì)平板氣膜冷卻效率影響的數(shù)值模擬[J]. 張玲,王沖.  熱力發(fā)電. 2015(04)
[4]不同孔形氣膜冷卻效率的數(shù)值模擬[J]. 戴萍,林楓.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2010(14)
[5]Console形氣膜孔改善冷卻效率的數(shù)值研究[J]. 姚玉,張靖周,周楠.  航空動(dòng)力學(xué)報(bào). 2008(10)
[6]不同孔型平板氣膜冷卻的數(shù)值模擬[J]. 李少華,宋東輝,劉建紅,王虎,郭婷婷.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2006(17)

博士論文
[1]可壓縮橫向射流和旋擰射流的大渦模擬研究[D]. 王國(guó)蕾.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012

碩士論文
[1]平板氣膜冷卻的傳熱特性研究[D]. 蔣興文.清華大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3361622