涡轮叶片刮磨传热特性研究

发布时间：2017-12-22 18:36

本文关键词：涡轮叶片刮磨传热特性研究　出处：《南京航空航天大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：航空发动机中涡轮叶片刮磨对整机性能和耐久性有着较为严重的影响,为了提高发动机的效率和可靠性,需要对叶片刮磨传热特性进行更深入的研究。本文以航空发动机涡轮叶片与机匣之间的刮磨现象为研究背景,通过实验和数值计算的方法,研究不同刮磨参数对涡轮叶片刮磨传热特性的影响规律。具体的研究内容如下:首先通过能量法对涡轮叶片表面发射率进行测量,得到测试叶片的发射率数据。然后对涡轮叶片与机匣陶瓷涂层的刮磨特性进行了实验研究,着重分析了不同刮磨深度,刮磨速率,轮盘线速度对刮磨温度及刮磨力的影响规律。实验表明:刮磨发生后极短的时间内,刮磨温度迅速上升,此时叶片温度梯度极大;在其他两个刮磨参数不变的情况下:刮磨温度随着刮磨深度和轮盘线速度的增加而上升,随着叶片刮磨速率的增加先增大后减小;刮磨力随着叶片刮磨速率和刮磨深度的增加而增大,但随着轮盘线速度的增加而减小。最后结合实验结果对刮磨过程中叶片的传热特性进行全三维耦合计算。数值计算较为详细地分析了涡轮转速、刮磨深度、刮磨速率等对刮磨温度的影响规律,研究结果表明:通过控制热流的方法可以有效计算出叶片的刮磨温度。在其他两个刮磨参数不变的情况下,刮磨温度随刮磨深度和涡轮转速的的增加而增加,随刮磨速率的增加而减小;叶尖的温升随着刮磨深度的增加而增大,随涡轮转速和刮磨速率的增加而减小。刮磨时叶尖温度最高可达叶片材料的极限,发生刮磨有可能导致叶片烧蚀甚至损坏。刮磨产生的刮磨热对叶栅通道内温度分布的影响非常小。同时数值计算还分析了在叶片径向伸长的过程中叶尖流动换热特性的变化规律,研究表明:间隙内存在以泄漏涡和分离涡为主的涡系结构。随着叶片径向伸长量的增加,间隙泄漏流的影响范围和叶尖对流换热系数降低。涡轮转速对叶尖间隙的流动特性影响不大,随着轮盘转速的增加,叶尖对流换热系数增大。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V231.1

【参考文献】