8YSZ熱障涂層與冷卻氣膜耦合換熱及隔熱性能數(shù)值研究.pdf

1、提高渦輪進(jìn)口溫度能夠有效地提高燃?xì)廨啓C(jī)輸出比功和效率，改善航空發(fā)動機(jī)的推重比，因此逐步提高渦輪進(jìn)口溫度是改善燃?xì)廨啓C(jī)及航空發(fā)動機(jī)性能的關(guān)鍵技術(shù)。但是，隨著進(jìn)口溫度的提高，渦輪高溫葉片的工作環(huán)境逐漸惡化，成為制約渦輪發(fā)展的一個關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，在葉片表面噴涂熱障涂層并通過氣膜孔引入冷卻射流能夠有效降低葉片表面溫度，提高葉片綜合性能并延長葉片的使用壽命。
　　本文基于四參數(shù)隨機(jī)構(gòu)造法以及Matlab圖像識別功能，開發(fā)了兩種熱障涂層幾

2、何結(jié)構(gòu)重構(gòu)軟件，獲得了不同微結(jié)構(gòu)的涂層幾何模型。同時，為了建立涂層的熱力學(xué)性能與其孔隙結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，基于格子玻爾茲曼方法，開發(fā)了多孔涂層流動和傳熱數(shù)值分析軟件。以三菱M701F燃機(jī)渦輪高溫葉片為研究對象，分析了葉片表面三維熱障涂層的隔熱性能以及熱障涂層與冷卻氣膜之間的耦合換熱特性，從微觀尺度上研究了不同孔隙率、孔隙大小、孔隙粗細(xì)等參數(shù)對涂層流動和換熱性能的影響，得到了不同微結(jié)構(gòu)涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)和氣動參數(shù)分布規(guī)律。結(jié)果表明：隨著溫度的

3、增加，柱狀涂層和層狀涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)先減小后增大，在700?C左右出現(xiàn)最小值；隨著柱狀涂層孔隙直徑增大，涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)增大，當(dāng)孔隙率為15%，孔隙直徑從0.74?m變化到5.46?m時，等效導(dǎo)熱系數(shù)增大幅值為6.4%；而層狀涂層變化規(guī)律相反，減小幅值為5.3%；柱狀涂層孔隙細(xì)長化能明顯提高涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)，并且生長概率在0.0002-0.2之間時，等效導(dǎo)熱系數(shù)隨孔隙細(xì)長化以對數(shù)形式增大，層狀涂層則呈現(xiàn)出相反的規(guī)律。
　　在耦合