提高渦輪前溫度是提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)熱效率和推重比的重要途徑,然而由此導(dǎo)致的渦輪壽命縮減問(wèn)題十分突出,氣膜冷卻作為保護(hù)金屬壁面的重要技術(shù),在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)發(fā)展歷程中發(fā)揮著不可替代的作用。近年來(lái),高壓渦輪端區(qū)氣膜冷卻的研究受到眾多學(xué)者的關(guān)注,其主要原因有兩點(diǎn):渦輪前溫度不斷提高導(dǎo)致端壁近壁燃?xì)鉁囟壬?端壁附近金屬壁面的承溫能力極具挑戰(zhàn);（超）低展弦比渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法的推廣使用,不僅使得端區(qū)的二次流效應(yīng)增強(qiáng),同時(shí),伴隨著葉片數(shù)量的減少,端區(qū)壁面面積占比日益增加。然而,與葉身冷卻不同,受端區(qū)附近強(qiáng)二次流效應(yīng)的影響,端區(qū)氣膜冷卻的冷氣出流將具有復(fù)雜的三維流動(dòng)特性。為高效利用冷氣,優(yōu)化端區(qū)冷卻布局,提高端區(qū)氣膜冷卻有效性,本文采用高精度三維數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,研究了高壓渦輪導(dǎo)向器端區(qū)氣膜冷卻的特性。本文主要的工作內(nèi)容和相關(guān)結(jié)論如下:（1）挖掘新型冷卻結(jié)構(gòu)——離散縫,提出離散縫+氣膜孔組合冷卻構(gòu)型。離散縫設(shè)計(jì)目的是優(yōu)化上游端區(qū)縫出口冷氣出流分布規(guī)律,集中冷氣以冷卻葉片前緣、葉片根部壓力面等特定的區(qū)域。首先采用RANS數(shù)值模擬方法,聚焦該葉型端區(qū)的二次流特征,分析冷氣射流和端... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：185 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

航空發(fā)動(dòng)機(jī)總壓比發(fā)展趨勢(shì)[1]

圖1.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)總壓比發(fā)展趨勢(shì)[1]目前,航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度提高的方法主要有三種調(diào)控手段:(1)先進(jìn)復(fù)雜高效的冷卻方式,精細(xì)化組織冷卻氣流;(2)先進(jìn)耐高溫葉片材料的開(kāi)發(fā);(3)先進(jìn)的熱障涂層技術(shù)。冷卻技術(shù)的發(fā)展要遠(yuǎn)快于材料耐溫能力的提升,統(tǒng)計(jì)表明渦輪入口溫度的提高,70%得益于冷卻技術(shù)的發(fā)展。由冷卻技術(shù)帶來(lái)的渦輪前溫度能夠?qū)崿F(xiàn)10K/年的增長(zhǎng),而由材料技術(shù)的進(jìn)步只能實(shí)現(xiàn)3K/年的渦輪前溫度增長(zhǎng)。冷卻技術(shù)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一,并隨著推重比和熱效率的提高變得越來(lái)越重要,但在公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中很難找到實(shí)用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。研究表明,若金屬溫度預(yù)測(cè)偏差超過(guò)10℃,葉片的壽命就可能減半[2]。冷卻與傳熱類(lèi)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)性強(qiáng),需要積累大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)形成經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式和設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范,但是實(shí)驗(yàn)研究存在研究成本高和實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。

我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)起步并不算晚,但在發(fā)展過(guò)程中逐步落后,與歐美等西方國(guó)家的差距甚至有加大之勢(shì),圖1.3給出了我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展和美俄等航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)國(guó)的差距[3]。目前,我們國(guó)家成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)WS10推重比在8左右,相當(dāng)于美國(guó)的F100,比美國(guó)落后近30年。我們國(guó)家航空發(fā)動(dòng)機(jī)與先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還處于落后水平,主要原因之一就是受渦輪等高溫部件設(shè)計(jì)水平和研制能力的限制。因此,必須大量開(kāi)展渦輪部件相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬工作,積累豐富的傳熱類(lèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù),為我國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2 冷卻技術(shù)的引入及發(fā)展

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]透平葉片氣膜冷卻及冷氣摻混損失研究[D]. 林曉春.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所) 2018
[2]氣膜冷卻各向異性湍流場(chǎng)中流動(dòng)傳熱的相互作用機(jī)理研究[D]. 李雪英.清華大學(xué) 2013
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碩士論文
[1]航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)技術(shù)及發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展型譜研究[D]. 周人治.電子科技大學(xué) 2007
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本文編號(hào)：2956289