大溫比下端壁氣膜冷卻與氣膜孔-渦發(fā)生器組合冷卻的實驗研究.pdf

1、燃氣透平的進口溫度的上升可以直接提高航空發(fā)動機或重型燃氣輪機的工作效率。目前先進燃氣透平的進口溫度已經(jīng)達到1800℃以上，遠遠超過現(xiàn)有燃氣透平端壁材料的許可溫度。因此，為了在高效率下保持燃氣輪機高溫部件合理的使用壽命，研發(fā)端壁高效冷卻技術十分重要。然而，葉柵通道內(nèi)復雜的二次流直接沖刷端壁表面，導致端壁表面換熱系數(shù)分布嚴重不均勻，這給合理設計端壁氣膜孔分布帶來挑戰(zhàn)。在先進的透平葉柵設計中，常常需要布置多排氣膜孔實現(xiàn)端壁全氣膜覆蓋式冷卻。眾

2、所周知，端壁表面的高溫主流環(huán)境、葉柵通道的二次流以及端壁表面氣膜孔冷氣出流產(chǎn)生的旋渦都會影響端壁的氣膜冷卻特性，其中，燃氣與冷氣的溫度比就是影響端壁全氣膜冷卻的一個關鍵因素。在先進燃氣透平中，冷、熱氣流溫度比通常大于2.0。但是，縱觀近幾十年來國內(nèi)、外發(fā)表的端壁氣膜冷卻的研究文獻可以發(fā)現(xiàn):大多數(shù)實驗在主流與冷氣流溫差很小的條件下進行的，其中，不乏實驗研究是利用異形氣體模擬氣膜冷卻中的冷、熱氣體密度比，在主流與冷氣流無溫度差（兩種氣體只有

3、密度差）的條件下進行氣膜冷卻特性研究。然而，事實上，正如美國賴特-帕特森空軍中心研究者所論述的:溫度比反映的不僅僅是冷、熱氣流的密度差異，還折射冷、熱氣流的熱導率、比熱容和黏度等熱物性的變化。因此，在允許的實驗條件下，研究冷、熱氣流溫度比對氣膜冷卻特性的影響，可以更加準確地了解氣膜冷卻特性，對端壁表面優(yōu)化冷卻設計意義重大。
　　本文在某第一級導葉端壁表面軸向均勻布置了10排復合角度圓形氣膜孔來實現(xiàn)全氣膜覆蓋。并在精確可控的高溫熱風

4、洞實驗平臺上，通過遠紅外熱像測溫技術，研究了主流溫度變化對葉柵端壁表面?zhèn)鳠岬挠绊?吹風比、溫度比以及主流雷諾數(shù)對端壁表面全氣膜綜合冷卻特性的影響，揭示了冷、熱氣流在不同溫比下端壁氣膜冷卻特性表現(xiàn)的差異。
　　在上述研究的基礎上，通過在氣膜孔上游和下游布置四面體斜坡來改變主流與冷卻流的相互作用，以提高冷氣的覆蓋面積。為了突出單純的冷氣與主流的混合特性，不考慮固體結構導熱作用的影響，本文在主流和冷氣流無溫差的條件下，利用平面激光誘導熒