肋片上游障碍物扰流特性及其对换热的影响研究

发布时间：2020-11-04 16:32

　　 涡轮叶片内部冷却通道的设计对于提高涡轮进口温度,进而提高发动机效率具有重要意义。本文以涡轮叶片内部扰流冷却通道为研究对象,采用数值模拟和试验方法,研究了通道内的流动结构和换热特性,为进一步的优化设计及工程研制提供基础数据参考。论文首先介绍和提出了VLES高精度湍流模型,并验证了其计算精度。接着针对典型叶片肋化内冷通道开展了数值计算,获得了通道表面和扰流障碍物表面的换热情况分布规律,并就扰流单元周围的流场结构和流动特性对换热特性的影响展开了分析。在此基础上,文章针对障碍物加肋的典型冷却单元进行了计算,分析了典型工况下的流动和换热特性,并探究了进口Re数(Re=38,000~54,000)和障碍物几何尺寸包括障碍物高度(H/e=1~4,e为肋片高度)、宽度(w/e=1~4)、长度(l/e=1~4),以及与肋片间的间距(s/e=1~4),对通道流动和换热特性的影响,同时进行了敏感性分析。计算结果表明,上游障碍物的存在使得下游障碍物和肋片之间的区域以及肋片表面的换热系数大大增加,同时,肋片下游的换热强化区域更靠近肋片。通道底部壁面换热系数随进口Re数和障碍物法向高度增加而增加。对肋化通道综合性能系数影响最大的是上游扰流障碍物的法向高度与流向长度。在本文的计算工况内,障碍物高度为2e,长度为4e时,具有最大的综合性能系数。最后,论文针对障碍物加肋的冷却单元,利用瞬态液晶技术开展了试验研究,分析了通道壁面Nu数随进口雷诺数(Re=38,000~54,000)和障碍物高度(H/e=1~4)等参数的变化规律。试验中发现随着进口雷诺数Re的增加,内表面换热系数逐步增强。通道底部换热系数随障碍物高度增加而增加。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V231
【部分图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文第一章 绪论的主要方法之一是增加涡轮入口温度。然而热负荷，对叶片使用寿命和发动机可靠性都化冷却方法，如冲击冷却，气膜冷却，肋化大允许温度范围内。通道由多个串联或并连的径向腔室组成，在。在叶片前缘部分，通常采用气膜加冲击的缘部分，多采用柱肋和溢流冷却相结合的形从压气机抽取的冷却空气通过叶根进入叶片热作用将高温燃气传给叶片的热量带走，达过程如图 1.1 所示。

图 1.2 立方体扰流的涡系结构[3]的卡门涡街等涡旋脱落现象一直是人们长期的研究课进行过试验研究。如 Bourgeois 等[4]通过 PIV 试验方法方柱周围的大尺度涡结构。Bourgeois 等发现尾流的涡散，以及大尺度涡向小尺度涡输运湍动能来影响流体在强烈的相互作用，方柱顶端剪切层涡量的作用使得尾迹涡。Martinuzzi 等[5]使用 PIV 和油流方法对平板上研究，并比较了不同间距的影响。试验结果表明，当上游立方体分离，在下游立方体的侧面重新附着，并的尾迹涡。对于大间距（4 倍立方体边长），下游立方体水平的提高，数值模拟方法也已成为钝体扰流湍流流为广泛的雷诺平均方法，如 k- 、k-ω 两方程模型等缺陷。钝体扰流流场便是典型的与时间相关的流场，体扰流流场的流动特性。另一方面，近年来，大

肋片上游障碍物扰流特性及其对换热的影响研究热阻；另一方面，二次流的存在使得壁面处的扰动增热效果得以提升。叶片内冷结构的空间受限，钝体扰流及其相互之间的独特的规律。Webb 等[24]总结了不同相对肋间距（p/流动分离状态，如图 1.3 所示。从图中可以看出，当下，从肋下游开始发生分离，逐渐形成扩宽的自由剪附着于壁面。逆流边界层起始于再附着点并且在上游向下游发展。壁面剪切应力在再附着点为零，在回流的方向在这些区域中是相反的。对于小于 8 的 p/e 的传递系数的测量[25]表明在再附着点附近传热系数最大边界层的局部传热系数。由此可见，肋化通道的流场
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 邱庆刚;沈胜强;;矩形肋片导流角度对内冷通道流动与换热特性的影响[J];热科学与技术;2008年04期

2 邱庆刚;沈胜强;;肋片几何形状对仿螺旋肋片内冷通道流动与换热的影响[J];航空动力学报;2006年01期

相关博士学位论文 前2条

1 冯志新;对带气膜孔的肋化冷却通道耦合换热特性的实验与数值研究[D];中国科学技术大学;2013年

2 米海蓉;方形钝体绕流湍流场特征参数研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

本文编号：2870337