燃?xì)廨啓C葉片尾緣擾流柱換熱特性研究.pdf

1、擾流柱冷卻是燃?xì)廨啓C葉片尾緣的主要冷卻措施，流體繞柱流動產(chǎn)生馬蹄渦及邊界層分離，柱后產(chǎn)生尾跡增加了冷卻氣體的湍流度，并對下游擾流柱表面上的邊界層發(fā)展產(chǎn)生擾動。除了流動擾動效果的疊加外，擾流柱還將熱能從表面?zhèn)鬟f出去，因此擾流柱陣列的換熱設(shè)計對燃?xì)廨啓C葉片尾緣整體冷卻方案的制定有著重要意義。而實度對擾流柱換熱的影響一直被中外學(xué)者所忽視，過往研究領(lǐng)域的實度也主要集中于12.5％~24%之間，對高實度（大于40%）擾流柱陣列換熱效果則少有研究。

2、本文采用數(shù)值模擬方法對不同實度擾流柱的換熱特性進行研究，并單獨分析了高實度擾流柱在兩種不同類型通道內(nèi)的換熱規(guī)律，為葉片尾緣整體的冷卻設(shè)計提供參考。
　　本文首先對三種不同實度的擾流柱陣列進行物理模型建立，通道類型設(shè)計為矩形通道，對網(wǎng)格精確劃分后采用SST k-ω湍流模型對不同實度擾流柱陣列的換熱效果與流動特性進行數(shù)值模擬。根據(jù)冷卻流體于不同實度通道內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)差異，探索實度的改變對冷卻通道內(nèi)傳熱性能及壓力損失系數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表

3、明：隨著擾流柱陣列實度等級的增加，冷卻氣體自身動能降低，其流向速度呈周期性分布，通道內(nèi)端壁面積縮小，但端壁內(nèi)低溫區(qū)域所占比重明顯增大。擾流柱陣列的平均換熱水平隨進口雷諾數(shù)的增大呈指數(shù)上升趨勢，高實度的擾流柱具有更出色的換熱效果，并在流場上下游分別出現(xiàn)換熱峰值。冷卻通道的整體壓力損失系數(shù)隨進口雷諾數(shù)的增大呈指數(shù)下降分布，高實度通道下降速率最大，其整體壓力損失系數(shù)在高雷諾數(shù)階段達(dá)到最低，在流向上沿程壓力損失系數(shù)呈先降后升趨勢。
　　在

4、前部分?jǐn)?shù)值計算基礎(chǔ)上，改變高實度擾流柱的通道類型，設(shè)計收斂通道并建立物理模型，與矩形通道內(nèi)冷卻氣體的流場分布及傳熱特性進行對比分析，進一步探索高實度擾流柱的冷卻性能。結(jié)果表明：收斂通道對內(nèi)部冷卻氣體的流場結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響，流體流動速度沿程逐步增加，對自身流動損失及擾流柱換熱效果的影響隨之增大。收斂通道內(nèi)擾流柱的平均換熱水平隨進口雷諾數(shù)的增大呈指數(shù)上升趨勢，高于矩形通道的計算結(jié)果但兩者差距逐漸縮小，收斂通道壓力損失系數(shù)同樣呈指數(shù)下降趨勢。