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(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、燃?xì)馔钙降倪M(jìn)口溫度的上升可以直接提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)或重型燃?xì)廨啓C(jī)的工作效率。目前先進(jìn)燃?xì)馔钙降倪M(jìn)口溫度已經(jīng)達(dá)到1800℃以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有燃?xì)馔钙蕉吮诓牧系脑S可溫度。因此，為了在高效率下保持燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件合理的使用壽命，研發(fā)端壁高效冷卻技術(shù)十分重要。然而，葉柵通道內(nèi)復(fù)雜的二次流直接沖刷端壁表面，導(dǎo)致端壁表面換熱系數(shù)分布嚴(yán)重不均勻，這給合理設(shè)計(jì)端壁氣膜孔分布帶來(lái)挑戰(zhàn)。在先進(jìn)的透平葉柵設(shè)計(jì)中，常常需要布置多排氣膜孔實(shí)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(huì)影響端壁的氣膜冷卻特性，其中，燃?xì)馀c冷氣的溫度比就是影響端壁全氣膜冷卻的一個(gè)關(guān)鍵因素。在先進(jìn)燃?xì)馔钙街校?、熱氣流溫度比通常大?.0。但是，縱觀近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)、外發(fā)表的端壁氣膜冷卻的研究文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn):大多數(shù)實(shí)驗(yàn)在主流與冷氣流溫差很小的條件下進(jìn)行的，其中，不乏實(shí)驗(yàn)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(wú)溫度差（兩種氣體只有

3、密度差）的條件下進(jìn)行氣膜冷卻特性研究。然而，事實(shí)上，正如美國(guó)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(dǎo)率、比熱容和黏度等熱物性的變化。因此，在允許的實(shí)驗(yàn)條件下，研究冷、熱氣流溫度比對(duì)氣膜冷卻特性的影響，可以更加準(zhǔn)確地了解氣膜冷卻特性，對(duì)端壁表面優(yōu)化冷卻設(shè)計(jì)意義重大。
　　本文在某第一級(jí)導(dǎo)葉端壁表面軸向均勻布置了10排復(fù)合角度圓形氣膜孔來(lái)實(shí)現(xiàn)全氣膜覆蓋。并在精確可控的高溫?zé)犸L(fēng)

4、洞實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，通過(guò)遠(yuǎn)紅外熱像測(cè)溫技術(shù)，研究了主流溫度變化對(duì)葉柵端壁表面?zhèn)鳠岬挠绊?吹風(fēng)比、溫度比以及主流雷諾數(shù)對(duì)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(chǔ)上，通過(guò)在氣膜孔上游和下游布置四面體斜坡來(lái)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(jié)構(gòu)導(dǎo)熱作用的影響，本文在主流和冷氣流無(wú)溫差的條件下，利用平面激光誘導(dǎo)熒