涡轮叶片冷效及叶栅流动损失实验模化方法

发布时间：2019-09-11 07:45

【摘要】：实验对于航空发动机涡轮叶片的优化设计至关重要,真实的涡轮叶片在高温高压环境中工作,一般实验室条件无法达到。因此,如何在实验室的中低温和中低压状态下模拟出发动机涡轮叶片的真实流动与换热环境尤为重要。本文根据相似理论相关公式,针对涡轮叶片冷却效果实验和叶栅流动损失实验,依据不同模化准则推导出不同的工况模化流程,在实验验证的基础上利用CFD手段研究不同模化流程在不同模化温度下对叶栅流场结构、叶片表面特性参数及性能参数的影响规律,并与真实状态下的基准工况进行比较,以明确最优的模化流程。研究发现,在叶片冷却效果实验工况的模化中,叶栅主流的Ma数和Re数均可与基准工况匹配,对于冷却次流来说,需要优先保证其Re数和主次流温度比进行模化。当利用模化状态下叶片表面平均冷却效率对基准状态下叶片表面平均温度进行预测时,对于气膜冷却结构而言,本文推导得出的最优模化流程可以将误差从1.98%降低到1.05%,对于内部冷却通道而言,本文推导得出的最优模化流程可以将误差从4.80%降低到2.75%。对于叶栅流动损失实验而言,主次流温度比对叶片表面无量纲压力分布的影响很小,相应对叶栅能量损失系数的影响也较小。因此在进行能量损失系数实验时,可不保证主次流温度比与基准工况一致进行实验。但是在模化过程中模化温度的变化对叶栅能量损失系数有较大的影响,就本文的工况来看,模化温度与基准温度的变化在60%范围内时,能量损失系数误差较小,但是当模化温度的变化大于基准温度的60%时,能量损失系数会产生较大的误差。
【图文】：

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图 1. 1 材料与冷却技术发展图[1]在这样的状态下正常工作，就必须依靠先进的冷却技术对叶片发展在很大程度上推动了航空发动机技术的发展。目前，设计航空发动机发展的重要技术手段之一。涡轮叶片传统的冷却技降低涡轮叶片温度的。在压气机引气时，航空发动机做功能力已涡轮叶栅主流通道后还会因为冷热流体的温度差而产生热损失生气动损失。随着引气量的增多，，这三种损失也相应增大。所的冷却效果，同时对发动机性能的影响达到最小，是发展先进计研发工作而言，实验手段都是至关重要的，尤其是在航空发而，航空发动机涡轮叶片的工作环境处于非常高的温度和压力实验，则需耗费大量的成本、建立极其复杂的实验及测试系统验安全也带来了很大的挑战。一般而言，研究人员往往会利用压工况模化到相对低的实验室状态来进行实验。显然只有建立

涡轮叶片冷却,技术

温中压或者低温低压）。但是，由于涡轮叶片的特殊结构，尤其气流掺混，相似理论所要求严格遵循的无量纲参数并不能全部严很多研究仅仅是对部分无量纲参数进行了匹配，而按照何种流程择何种参数作为模化方法的判据准则等问题，目前还不够明确。优先保证不同的无量纲参数进行模化会得到不同的模化工况。因过程中所起到的作用以及对叶栅通道中流场及换热特性的影响规尤其是叶片综合冷却效果的实验评估具有重要的工程应用价值和状却技术的发展轮叶片冷却结构如图 1. 2 所示，按照冷却次流与主流燃气是否发和外部冷却。内部冷却主要用于燃气温度为 1300K 至 1600K 的叶侧与壁面之间的对流换热来交换热量，以起到保护叶片的目的。孔流出的冷却次流在叶片表面形成一层温度较低的气膜，通过隔气温度在 1600K 以上时，一般会采用内部冷却和外部冷却结合的
【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】：V232.4

【参考文献】