相反展向复合角气膜冷却特性及应用研究
发布时间：2020-12-18 00:43
相反展向复合角气膜冷却是新发展的众多气膜冷却结构的一种,其实现方法简单,通过将上游和下游气膜孔相反的展向角布置使气膜射流形成反肾形涡对从而得到很高的冷却效率,适合全气膜涡轮叶片结构,本文以此为研究背景,对相反展向复合角气膜冷却的流动和换热特性开展了数值和实验研究。研究内容主要包含三个方面:1、针对相反展向复合角冷却结构,分析和探讨流动传热特性,揭示其强化冷却效率的物理机制,系统研究气膜孔、主流通道的结构、流动参数对于冷却特性的影响规律。2、对影响阵列相反展向复合角气膜冷却效率的相关因素进行敏感性分析。研究阵列相反展向复合角气膜冷却结构、流动参数对气膜冷却特性的影响。3、采用简化的相反展向复合角气膜冷却涡轮叶片,在发动机真实工况下,研究流动参数和结构参数对叶片的冷却特性以及气动特性的影响,并提出了能兼顾叶片冷却特性与气动特性的相反展向复合角气膜冷却孔布置方法。首先对单排相反展向复合角气膜孔冷却的流场结构与冷却特性进行分析,可知反肾形涡对的形成原因是:前孔漩涡受后孔射流影响形成新的诱导漩涡,诱导涡取代原来的前孔漩涡与后孔漩涡一起组成反肾形涡对,将冷气推向气膜孔中心线的两侧。结构参数与流动参...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究的技术现状分析
1.2.1 气膜冷却技术的发展
1.2.2 涡轮叶片工作环境对气膜冷却的影响
1.3 本文研究内容
第二章 相反展向复合角气膜冷却特性研究
2.1 数值计算方法
2.1.1 控制方程
2.1.2 湍流模型选取
2.2 相反展向复合角气膜冷却效率与常规气膜冷却效率对比
2.2.1 计算方法及边界条件
2.2.2 计算结果分析
2.3 OSA气膜冷却吹风比对冷却特性影响
2.3.1 吹风比对流场的影响
2.3.2 吹风比对展向平均气膜冷却效率的影响
2.3.3 吹风比对换热系数的影响
2.4 OSA气膜冷却主流雷诺数对冷却特性的影响
2.4.1 主流雷诺数对流场的影响
2.4.2 主流雷诺数对展向平均气膜冷却效率的影响
2.4.3 主流雷诺数对换热系数的影响
2.5 OSA气膜冷却温比对冷却特性的影响
2.5.1 温比对流场的影响
2.5.2 温比对展向平均气膜冷却效率的影响
2.5.3 温比对换热系数的影响
2.6 OSA气膜冷却展向角度对冷却特性的影响
2.6.1 展向角度对流场的影响
2.6.2 展向角度对展向平均气膜冷却效率的影响
2.6.3 展向角度对换热系数的影响
2.7 OSA气膜冷却流向角度对冷却特性的影响
2.7.1 流向角度对流场的影响
2.7.2 流向角度对展向平均气膜冷却效率的影响
2.7.3 流向角度对换热系数的影响
2.8 相对表面曲率对OSA气膜冷却特性的影响
2.8.1 被冷却表面为凹面的OSA气膜冷却特性
2.8.2 被冷却表面为凸面的OSA气膜冷却特性
2.9 压力梯度对OSA气膜冷却特性的影响
2.9.1 压力梯度对流场的影响
2.9.2 压力梯度对展向平均气膜冷却效率的影响
2.9.3 压力梯度对换热系数的影响
2.10 激波对OSA气膜冷却特性的影响
2.10.1 激波位置对流场影响
2.10.2 激波位置对展向平均气膜冷却效率的影响
2.10.3 激波位置对换热系数的影响
2.11小结
第三章 阵列相反展向复合角气膜冷却特性研究
3.1 阵列相反展向复合角气膜冷却特性影响因素研究
3.1.1 模型建立
3.1.2 正交试验参数选取
3.1.3 边界条件及网格
3.1.4 流场分析
3.1.5 冷却特性分析
3.1.6 换热特性分析
3.2 相反展向复合角与相同展向复合角阵列气膜冷却效率对比研究
3.2.1 计算模型
3.2.2 边界条件及网格
3.2.3 速度场与温度场分析
3.2.4 气膜冷却效率分析
3.2.5 壁面换热系数分析
3.3 相反展向复合角阵列气膜冷却特性实验研究
3.3.1 实验系统
3.3.2 实验设备
3.3.3 数据处理
3.3.4 气膜冷却效率
3.3.5 流量系数
3.3.6 误差分析
3.4 小结
第四章 相反展向复合角气膜冷却叶片冷却特性研究
4.1 相反展向复合角气膜冷却叶片模型与网格
4.1.1 相反展向复合角气膜冷却叶片模型
4.1.2 相反展向复合角气膜冷却叶片网格
4.1.3 计算模型边界条件
4.2 叶片局部平均气膜冷却效率
4.2.1 OSA叶片与SSA叶片局部平均气膜冷却效率对比
4.2.2 OSA与SSA的气动性能对比
4.2.3 OSA叶片开孔位置对局部平均气膜冷却效率的影响
4.2.4 OSA叶片展向角度对局部平均气膜冷却效率的影响
4.2.5 OSA气膜孔开孔位置对气动性能影响
4.3 叶片沿程展向平均气膜冷却效率
4.3.1 OSA与SSA气膜孔展向角度对叶片沿程展向平均气膜冷却效率影响对比
4.3.2 OSA与SSA气膜孔展向孔距对叶片沿程展向平均气膜冷却效率影响对比
4.3.3 OSA气膜孔展向孔距对叶片沿程展向平均气膜冷却效率的影响
4.3.4 OSA气膜孔展向孔距、吹风比、展向角度对气动性能的影响
4.4 主流雷诺数对OSA叶片冷却特性的影响
4.4.1 主流雷诺数对OSA叶片局部平均气膜冷却效率的影响
4.4.2 主流雷诺数对OSA叶片沿程展向平均气膜冷却效率的影响
4.4.3 主流雷诺数对OSA叶片能量损失系数的影响
4.5 展向角度优化的OSA叶片气动性能与冷却特性
4.6 小结
第五章 总结和展望
5.1 本文研究结论
5.1.1 单排OSA气膜孔冷却特性
5.1.2 阵列OSA气膜孔冷却特性
5.1.3 OSA气膜冷却叶片冷却特性
5.2 本文创新点
5.3 进一步研究工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：2923016
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究的技术现状分析
1.2.1 气膜冷却技术的发展
1.2.2 涡轮叶片工作环境对气膜冷却的影响
1.3 本文研究内容
第二章 相反展向复合角气膜冷却特性研究
2.1 数值计算方法
2.1.1 控制方程
2.1.2 湍流模型选取
2.2 相反展向复合角气膜冷却效率与常规气膜冷却效率对比
2.2.1 计算方法及边界条件
2.2.2 计算结果分析
2.3 OSA气膜冷却吹风比对冷却特性影响
2.3.1 吹风比对流场的影响
2.3.2 吹风比对展向平均气膜冷却效率的影响
2.3.3 吹风比对换热系数的影响
2.4 OSA气膜冷却主流雷诺数对冷却特性的影响
2.4.1 主流雷诺数对流场的影响
2.4.2 主流雷诺数对展向平均气膜冷却效率的影响
2.4.3 主流雷诺数对换热系数的影响
2.5 OSA气膜冷却温比对冷却特性的影响
2.5.1 温比对流场的影响
2.5.2 温比对展向平均气膜冷却效率的影响
2.5.3 温比对换热系数的影响
2.6 OSA气膜冷却展向角度对冷却特性的影响
2.6.1 展向角度对流场的影响
2.6.2 展向角度对展向平均气膜冷却效率的影响
2.6.3 展向角度对换热系数的影响
2.7 OSA气膜冷却流向角度对冷却特性的影响
2.7.1 流向角度对流场的影响
2.7.2 流向角度对展向平均气膜冷却效率的影响
2.7.3 流向角度对换热系数的影响
2.8 相对表面曲率对OSA气膜冷却特性的影响
2.8.1 被冷却表面为凹面的OSA气膜冷却特性
2.8.2 被冷却表面为凸面的OSA气膜冷却特性
2.9 压力梯度对OSA气膜冷却特性的影响
2.9.1 压力梯度对流场的影响
2.9.2 压力梯度对展向平均气膜冷却效率的影响
2.9.3 压力梯度对换热系数的影响
2.10 激波对OSA气膜冷却特性的影响
2.10.1 激波位置对流场影响
2.10.2 激波位置对展向平均气膜冷却效率的影响
2.10.3 激波位置对换热系数的影响
2.11小结
第三章 阵列相反展向复合角气膜冷却特性研究
3.1 阵列相反展向复合角气膜冷却特性影响因素研究
3.1.1 模型建立
3.1.2 正交试验参数选取
3.1.3 边界条件及网格
3.1.4 流场分析
3.1.5 冷却特性分析
3.1.6 换热特性分析
3.2 相反展向复合角与相同展向复合角阵列气膜冷却效率对比研究
3.2.1 计算模型
3.2.2 边界条件及网格
3.2.3 速度场与温度场分析
3.2.4 气膜冷却效率分析
3.2.5 壁面换热系数分析
3.3 相反展向复合角阵列气膜冷却特性实验研究
3.3.1 实验系统
3.3.2 实验设备
3.3.3 数据处理
3.3.4 气膜冷却效率
3.3.5 流量系数
3.3.6 误差分析
3.4 小结
第四章 相反展向复合角气膜冷却叶片冷却特性研究
4.1 相反展向复合角气膜冷却叶片模型与网格
4.1.1 相反展向复合角气膜冷却叶片模型
4.1.2 相反展向复合角气膜冷却叶片网格
4.1.3 计算模型边界条件
4.2 叶片局部平均气膜冷却效率
4.2.1 OSA叶片与SSA叶片局部平均气膜冷却效率对比
4.2.2 OSA与SSA的气动性能对比
4.2.3 OSA叶片开孔位置对局部平均气膜冷却效率的影响
4.2.4 OSA叶片展向角度对局部平均气膜冷却效率的影响
4.2.5 OSA气膜孔开孔位置对气动性能影响
4.3 叶片沿程展向平均气膜冷却效率
4.3.1 OSA与SSA气膜孔展向角度对叶片沿程展向平均气膜冷却效率影响对比
4.3.2 OSA与SSA气膜孔展向孔距对叶片沿程展向平均气膜冷却效率影响对比
4.3.3 OSA气膜孔展向孔距对叶片沿程展向平均气膜冷却效率的影响
4.3.4 OSA气膜孔展向孔距、吹风比、展向角度对气动性能的影响
4.4 主流雷诺数对OSA叶片冷却特性的影响
4.4.1 主流雷诺数对OSA叶片局部平均气膜冷却效率的影响
4.4.2 主流雷诺数对OSA叶片沿程展向平均气膜冷却效率的影响
4.4.3 主流雷诺数对OSA叶片能量损失系数的影响
4.5 展向角度优化的OSA叶片气动性能与冷却特性
4.6 小结
第五章 总结和展望
5.1 本文研究结论
5.1.1 单排OSA气膜孔冷却特性
5.1.2 阵列OSA气膜孔冷却特性
5.1.3 OSA气膜冷却叶片冷却特性
5.2 本文创新点
5.3 进一步研究工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
本文编号：2923016
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