本文關(guān)鍵詞：透平葉柵端壁流動和換熱特性實驗研究

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【摘要】：提高透平燃氣入口溫度是改善航空發(fā)動機性能和提高其經(jīng)濟性的重要途徑,目前透平入口溫度已遠遠超過當(dāng)前可用材料耐熱性能的極限。為了保證燃氣透平高溫部件的可靠運行及合理壽命,必須采取有效的冷卻措施。近年來,作為透平葉柵重要組成部分的葉柵端壁冷卻受到了廣泛的關(guān)注。一方面,由于端壁附近復(fù)雜二次流的存在使得該區(qū)域通常難以有效利用氣膜冷卻,另一方面,冷氣出流與通道內(nèi)主流及二次流的相互作用對端壁區(qū)域的流動和換熱規(guī)律產(chǎn)生強烈的影響。因此,本文研究葉柵端壁冷卻相關(guān)的流動和換熱規(guī)律具有一定的挑戰(zhàn)意義。 主要工作有： (1)在低速循環(huán)水洞中,利用自制的TRPIV測量系統(tǒng),實現(xiàn)了無氣膜出流時線性葉柵端壁流場的細致測量。在測得速度場的基礎(chǔ)上進行統(tǒng)計分析,得到了各測量截面時均速度場、流線渦量和采樣點功率頻譜圖。通過對二次流時均和瞬態(tài)特性的分析,清楚地展示了葉柵端壁二次流的演變過程。 (2)在葉片前緣上游端壁布置不同幾何結(jié)構(gòu)的氣膜孔,并分別利用TRPIV、 PLIF技術(shù)測量和演示了端壁二次流和冷氣濃度分布,研究了端壁氣膜出流對二次流特性的影響。通過比較圓形孔、窄縫孔以及不同結(jié)構(gòu)窄縫孔出流與二次流的相互作用,揭示了前緣端壁不同結(jié)構(gòu)孔型氣膜冷卻作用的本質(zhì)。 (3)通過電加熱風(fēng)洞模擬渦輪葉柵端壁高溫工作環(huán)境,并利用紅外熱像技術(shù)對前緣上游端壁冷卻特性進行了傳熱實驗研究。通過對主流雷諾數(shù)及溫度、冷熱氣流吹風(fēng)比及溫度比、冷氣出流角以及不同冷卻結(jié)構(gòu)等方面的定性和定量分析,總結(jié)了葉柵前緣上游端壁的冷卻特性。 主要創(chuàng)新點： (1)過去的時平均測量方法很容易忽略端壁二次流非穩(wěn)定特征,本文通過自制的高時間分辨率TRPIV系統(tǒng)不僅記錄了流場時均特性,而且還捕捉到二次流瞬態(tài)特征,這些瞬態(tài)特征豐富了對端壁二次流規(guī)律的理解。 (2)馬蹄渦的非定常運動會引起葉片前緣端壁非常高的傳熱效率,導(dǎo)致端壁極易被燒毀。本文提出前緣上游端壁布置窄縫氣膜孔的思想,利用端壁冷氣出流來抑制前緣馬蹄渦的形成,削弱二次流的不利影響,同時起到冷卻端壁的作用。 (3)過去研究葉柵端壁傳熱時,常以壁面絕熱假設(shè)為前提,利用陶瓷、玻璃等低導(dǎo)熱材料,在低溫環(huán)境下研究端壁換熱特性,而本文實驗件采用耐高溫材料制造,并在高溫?zé)犸L(fēng)洞中模擬渦輪工作環(huán)境進行實驗,測量數(shù)據(jù)更具有參考價值。
【關(guān)鍵詞】：葉柵端壁 二次流 氣膜冷卻 流動和換熱 實驗研究
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V231.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 燃氣透平冷卻特性研究的背景及意義10-11
• 1.2 燃氣透平冷卻技術(shù)概述11-12
• 1.3 葉柵端壁冷卻特性的研究現(xiàn)狀12-19
• 1.3.1 葉柵端壁流動和傳熱特性研究進展12-16
• 1.3.2 端壁冷卻特性的實驗測量方法16-17
• 1.3.3 前緣上游端壁冷氣出流對端壁冷卻特性的影響17-19
• 1.4 本文研究目的與主要內(nèi)容19-20
• 第2章 無氣膜出流時線性葉柵端壁二次流特性研究20-32
• 2.1 引言20-21
• 2.2 實驗裝置與實驗系統(tǒng)21-24
• 2.2.1 實驗系統(tǒng)21-22
• 2.2.2 實驗測量對象22
• 2.2.3 TRPIV技術(shù)與數(shù)據(jù)處理過程22-24
• 2.3 實驗過程與結(jié)果分析24-30
• 2.3.1 實驗工況24-25
• 2.3.2 實驗結(jié)果與分析25-30
• 2.3.2.1 通道二次流時均特征分析25-28
• 2.3.2.2 前緣二次流的瞬態(tài)特征分析28-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 第3章 前緣上游端壁氣膜出流對二次流特性影響的研究32-46
• 3.1 引言32-33
• 3.2 實驗裝置組成與概括33-35
• 3.2.1 實驗水洞系統(tǒng)33-34
• 3.2.2 實驗研究對象34-35
• 3.3 測量方法與數(shù)據(jù)處理過程35-38
• 3.3.1 平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)(PLIF)35-36
• 3.3.2 數(shù)據(jù)處理方法與誤差分析36-38
• 3.4 實驗結(jié)果與分析38-44
• 3.4.1 不同氣膜孔結(jié)構(gòu)對前緣滯止截面時均氣膜濃度分布的影響39-41
• 3.4.2 不同氣膜孔結(jié)構(gòu)對前緣上游馬蹄渦特性的影響41-43
• 3.4.3 不同氣膜孔結(jié)構(gòu)對前緣上游馬蹄渦特性影響的瞬態(tài)流動分析與討論43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-46
• 第4章 前緣上游端壁窄縫泄漏流氣膜冷卻的傳熱實驗研究46-76
• 4.1 引言46-47
• 4.2 實驗系統(tǒng)組成與概括47-55
• 4.2.1 試驗段結(jié)構(gòu)48-51
• 4.2.2 供氣系統(tǒng)51
• 4.2.3 加熱系統(tǒng)51-52
• 4.2.4 測量系統(tǒng)52-55
• 4.3 實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析55-61
• 4.3.1 氣密性問題及紅外校正分析55-57
• 4.3.2 數(shù)據(jù)處理準備及誤差分析57-61
• 4.4 實驗結(jié)果與分析61-74
• 4.4.1 沒有冷卻的端壁換熱特性研究61-64
• 4.4.2 前緣上游端壁冷氣出流的換熱特性研究64-74
• 4.5 本章小結(jié)74-76
• 第5章 總結(jié)與展望76-78
• 參考文獻78-84
• 致謝84-86
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和取得的研究成果86

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 杜閏萍;劉U，

本文編號：731915