复杂涡结构下气膜冷却的传热和流动特性研究

发布时间：2021-10-08 02:58

　　燃气轮机在现代动力机械中发展最为迅猛且具有明显优势,广泛应用于航空、船舶、发电等军民领域,因此燃机制造技术也成为了各国高投入、严封锁且争相发展的高端技术。然而随着燃气轮机功率的不断提升,导致其燃烧室出口温度过高,超出了涡轮叶片金属材料的耐热极限,对其工作运行提出了严峻的考验,故对涡轮叶片进行有效的冷却尤为重要。而在众多的冷却技术中,气膜冷却独具优势且最常用于燃机涡轮叶片的冷却,因此具有很大的研究和开发价值。在真实的燃机涡轮中,叶片通道内复杂的三维流动结构使得气膜冷却的工作环境较差,且在很大程度上影响着冷气的作用效果。本文则针对某一特定复杂涡系下的气膜冷却情况进行研究,分析其传热效果和流动特性。这里的特定复杂涡系由冷气孔前方的圆柱扰流产生,文中就此单独计算并分析了其结构特征,虽然此复杂涡系和实际叶片中的涡系结构不完全相同,但仍有共通之处,可类比分析为实际气膜冷却的研究提供一定的参考。首先,采用雷诺平均（RANS）方法对复杂涡系下气膜冷却的传热特性进行了研究,直观的评估了其冷却效果。通过对比分析三种不同吹风比工况时复杂涡系下气膜冷却的计算结果,认为低吹风比时,来流涡系的干扰并不利于气膜冷却... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

典型的气膜冷却叶片

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1.3 气膜冷却介绍气膜冷却是一种有效且应用广泛的冷却技术，多用于燃气轮机的热段，用来降低叶片表面的温度。其工作原理示意图如图 1-2 所示，冷却空气由燃气轮机压气机中被引出并经过内部管路的输送至涡轮叶片的内腔，再通过高温部件表面的槽缝或小孔以倾斜的角度射流进入主流中，在受到主流压力和摩擦力的作用后，向下弯曲并贴近于壁面，形成一层温度较低的气膜覆盖于高温部件表面，避免高温燃气和金属叶片的直接接触并带走一部分热量，以达到冷却的目的[5]。在气膜冷却系统中，冷气孔的几何结构和布局以及流场中的流动条件对冷却效率有着重要影响，研究人员和设计工作者一般通过不断地改善冷却孔的结构以提高冷却效果和性能，但是研究气膜冷却的关键还是在于深度了解气膜冷却的流动机理，从而“对症下药”，使其发挥更好的冷却作用。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文、马蹄涡以及尾迹涡三种。冷气从射流孔注入主，使得其流动向下弯曲，并在沿射流两侧绕流的反的旋涡对，即肾形涡。肾型涡尺度较大，在冷于主流来说，射流的存在则对其产生了阻滞的作效果相似，故在冷气孔前端形成了马蹄涡。相比对冷却效果作用也相对较弱；另外，当主流和射并形成了非定常尾迹，即尾迹涡，其与原始的射更小，较不稳定。

【参考文献】：
期刊论文
[1]分离涡模拟类方法发展及在叶轮机械内流场的应用[J]. 高丽敏,李瑞宇,赵磊,杨泽宇.  南京航空航天大学学报. 2017(03)
[2]扇形孔气膜冷却效果的数值模拟[J]. 杨晓军,张骁峰,刘智刚.  机械工程与自动化. 2017(02)
[3]喷射角对涡轮发动机导叶端壁气膜冷却的影响[J]. 张玲,修栋波,石景开.  拖拉机与农用运输车. 2015(04)
[4]主流马赫数对不同气膜孔结构冷却效果及气动损失影响研究[J]. 高扬,刘建军,安柏涛.  燃气轮机技术. 2015(02)
[5]航空涡轮发动机现状及未来发展综述[J]. 焦华宾,莫松.  航空制造技术. 2015(12)
[6]孔型对平板气膜冷却效率影响的数值模拟[J]. 张玲,王冲.  热力发电. 2015(04)
[7]燃气轮机叶片冷却技术的发展[J]. 谭艳青,姜东坡.  装备制造技术. 2014(07)
[8]主流湍流度对涡轮导向叶片气膜冷却特性影响的实验[J]. 周志翔,刘存良,张宗卫,朱惠人,贺宜红.  航空动力学报. 2014(06)
[9]出流孔型对平板气膜冷却影响机理的研究[J]. 朱延鑫,谭晓茗,郭文,张靖周.  推进技术. 2013(04)
[10]不同孔型平板气膜冷却特性的数值模拟[J]. 王春娟,董若凌,施红辉,陈伟,张晓东.  浙江理工大学学报. 2012(02)

博士论文
[1]偏心搅拌槽内宏观不稳定性的分离涡模拟及实验研究[D]. 杨锋苓.山东大学 2010
[2]不可压缩湍流大涡模拟研究[D]. 邓小兵.中国空气动力研究与发展中心 2008



本文编号：3423295