氣膜冷卻作為一種高效的冷卻方式在渦輪葉片總體冷卻效果提升中占據(jù)主導作用。異形孔的創(chuàng)新和應用能夠同時改善流向和展向氣膜覆蓋,使葉片獲得更好的冷卻均勻性,對于減少冷氣用量、降低葉片熱應力具有非常重要的意義。收斂縫形孔是一種新型高效的成型孔氣膜冷卻結(jié)構(gòu),從入口圓逐漸過渡為出口窄縫,相比常規(guī)圓形孔和擴散孔能夠有效改善氣膜覆蓋均勻性,但同時收斂結(jié)構(gòu)會提高氣膜孔內(nèi)的壓力損失,降低流量系數(shù)。為此提出圓-縫形孔（RTSH）的概念,其整體結(jié)構(gòu)和收斂縫形孔類似,通過改變出口縫的幾何參數(shù)使得出口面積小于、等于或者大于入口圓面積,分別形成收斂圓-縫形孔、等面積圓-縫形孔及擴張圓-縫形孔。本文針對幾種典型的圓-縫形孔在不同壓力梯度主流環(huán)境中的冷卻特性進行研究,并和常規(guī)的圓形孔和扇形孔進行對比,主要研究內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:首先,針對流向壓力梯度主流中平板單排圓-縫形孔的氣膜冷卻特性分別開展了實驗和數(shù)值研究,包括四種不同的圓-縫形孔結(jié)構(gòu),并以圓形孔和扇形孔作為比較基準。研究結(jié)果表明,除常規(guī)腎形渦對以外,圓-縫形孔下游形成另一對與之旋向相反的反腎形渦,有效阻止了高溫主流從氣膜射流兩側(cè)侵入冷卻射流下方壁面,增強了氣膜的... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：214 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

渦輪進口溫度發(fā)展趨勢

圖 1.1 渦輪進口溫度發(fā)展趨勢[5]以渦輪葉片冷卻為例，現(xiàn)代燃氣渦輪氣冷葉片已形成了由內(nèi)部冷卻和外部冷卻相結(jié)案[5]，典型的渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。內(nèi)部冷卻通常采用射流沖擊、蛇形彎、擾流柱等強化傳熱手段，外部冷卻則依靠在葉片表面噴注冷卻介質(zhì)形成保護氣膜。冷卻作為一種高效的冷卻方式被廣泛應用于渦輪葉片等熱端部件的冷卻，其不僅可側(cè)高溫壁面，同時能在高溫燃氣和葉片外表面之間形成氣膜起到熱防護作用，因此率的提高對葉片總體冷卻效果的提升占據(jù)主導作用。

圖 1.5 氣膜冷卻渦輪葉片[12]常規(guī)的圓形孔射流噴吹進入主流后與主流發(fā)生強烈的卷吸和摻混，主流與氣膜出流之互作用會誘發(fā)多種不同尺度的渦結(jié)構(gòu)[13]。其中，最大尺度的渦結(jié)構(gòu)是氣膜孔下游反向旋形渦對，如圖 1.6 所示，其對氣膜冷卻的影響占據(jù)主導地位。該腎形渦對的渦量源于氣側(cè)邊緣，冷氣射流噴出后氣膜孔兩側(cè)邊緣卷起的旋渦在氣膜出流和主流剪切作用下不斷發(fā)展。大量研究表明[15]，腎形渦易將高溫主流從兩側(cè)卷吸至冷卻射流下方壁面，導致冷被迫向上抬升并脫離壁面，冷卻效果明顯降低。因此，提高氣膜冷卻效率的核心本質(zhì)是形渦對的發(fā)展，降低冷氣射流向主流的穿透程度。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]相反展向復合角氣膜冷卻特性及應用研究[D]. 丁陽.南京航空航天大學 2015
[2]透平葉柵環(huán)境下氣膜冷卻流動傳熱機理研究[D]. 秦晏旻.清華大學 2015
[3]收斂縫形孔氣膜冷卻特性研究[D]. 姚玉.南京航空航天大學 2010
[4]航空發(fā)動機氣冷渦輪葉片的氣熱耦合數(shù)值模擬研究[D]. 董平.哈爾濱工業(yè)大學 2009



本文編號：3468239