渦輪冷卻葉片尾緣擾流柱分布的傳熱和阻力特性的數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、由熱力循環(huán)可知，燃?xì)廨啓C(jī)的性能受渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟鹊挠绊戄^大，提高渦輪進(jìn)口溫度是改善渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能的發(fā)展趨勢(shì)。因此，為保證燃?xì)廨啓C(jī)的使用壽命和安全性，渦輪葉片必須采取冷卻措施。在渦輪葉片的內(nèi)冷通道中布置多排擾流柱是一種常用的強(qiáng)化冷卻手段，主要用于加強(qiáng)冷氣的擾動(dòng)，達(dá)到增強(qiáng)換熱的效果。但渦輪葉片尾緣中的擾流柱排列方式大都是按幾何意義上進(jìn)行叉排排列而不是沿著流向的叉排。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究?jī)煞N方法，對(duì)葉片尾緣擾流柱沿流

2、動(dòng)方向進(jìn)行叉排分布的通道的傳熱和阻力特性進(jìn)行了研究，并與幾何意義上叉排的擾流柱通道進(jìn)行了對(duì)比分析。 通過對(duì)尾緣擾流柱梯形通道進(jìn)行二維的數(shù)值計(jì)算，對(duì)所提供的渦輪冷卻葉片尾緣結(jié)構(gòu)，經(jīng)過反復(fù)的校核計(jì)算，找出了一種沿流向叉排的擾流柱排列方式；通過對(duì)此優(yōu)化分布通道和現(xiàn)有分布通道的三維數(shù)值模擬，進(jìn)行了傳熱和阻力特性的對(duì)比分析，結(jié)果表明；對(duì)于現(xiàn)有通道和優(yōu)化通道，相同雷諾數(shù)時(shí)優(yōu)化通道的換熱效果比現(xiàn)有通道的換熱效果好，但壓力損失也比現(xiàn)有通道的壓力

3、損失大，好的換熱效果是以流動(dòng)阻力的損失為代價(jià)的。 為研究直徑與平均間距比在不同工況下對(duì)流動(dòng)和換熱的影響，本文進(jìn)行了優(yōu)化分布下擾流柱直徑/密度比(分別計(jì)算直徑/平均間距比為0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8的工況)對(duì)傳熱和阻力特性的影響的研究。結(jié)果表明優(yōu)化通道中隨著擾流柱直徑密度比的增大，換熱效果越好。 實(shí)驗(yàn)在一個(gè)包括冷風(fēng)系統(tǒng)和電加熱系統(tǒng)的測(cè)試段完成，其中加熱系統(tǒng)提供等熱流密度。設(shè)計(jì)加工了渦輪葉片尾緣冷

4、卻結(jié)構(gòu)的梯形通道的模型，試件是根據(jù)相似原理把實(shí)際葉片尾緣的很小一部分放大25倍而成。 實(shí)驗(yàn)中對(duì)不同雷諾數(shù)下現(xiàn)有擾流柱分布通道和優(yōu)化后的擾流柱分布通道的溫度分布進(jìn)行了測(cè)量，包括壁面溫度和進(jìn)出口的溫度；并對(duì)兩種分布通道進(jìn)出口的靜壓值進(jìn)行了測(cè)量。通過分析溫度值和壓力值來研究擾流柱分布對(duì)通道流動(dòng)的影響，同時(shí)為了更好的比較，文中還采用將溫度差轉(zhuǎn)化為無量綱的努塞爾數(shù)和靜壓差轉(zhuǎn)化為無量綱的壓力降來進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)研究得到的結(jié)論主要有通道換熱效果