涡轮冷气非定常脉动喷射的流动与冷却机理
发布时间：2021-08-01 19:51
航空发动机涡轮高温部件必须冷却,而气膜冷却是最常用的冷却技术。为了提高冷却效果,同时提高传统气膜冷却对主流不稳定性的适应能力,脉动气膜冷却有可能成为一种很有发展潜力的技术。但是关于脉动的冷气能否提高冷却效率,至今没有形成定论。且相关的研究主要是在简化的平板模型中进行,真实涡轮环境中脉动冷却性能研究很少。哈工大气动研究中心提出由压气机中“非定常脉动抽吸”冷气供给涡轮“脉动气膜冷却”,实现航空发动机整体性能提升的新理念。但关于用哪种统一的脉动形式,以及如何选择吹风比才能提高冷却效率等问题亟待解决。本文首先在35度倾角平板射流模型中,采用非定常数值模拟方法研究了脉动的流场特性。然后为了探究不同激励形式对脉动气膜冷却特性的影响,挑选常用的方波和正弦波作为冷气激励,重点对冷气附着和高温主流入侵现象进行了对比研究。结果表明:正弦激励下的冷气对壁面有更强的附着和更高的冷却效率;方波激励下的冷气穿透能力较强但对壁面附着相对较弱。此外,方波激励下存在主流入侵,会烧蚀气膜孔及局部壁面;而正弦激励使得冷气连续变化,能明显抑制主流入侵。更进一步,提高脉动周期内的最低吹风比不是抑制主流入侵的最佳方式,因为主流入...
【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】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GE和普惠共同研制的某涡扇发动机立体图
图 1-2 涡轮内部冷却示意图[8]外部冷却方法中，发散冷却是指通过多孔结构将冷气喷射到叶片外表面，但并未得到实际应用。原因是多孔结构的孔太小，易堵，使用寿命难以得到保障；气膜冷却是外冷中广泛采用的技术，目前在叶片表面，端壁，叶尖都得到了应用。1.3 恒定射流气膜冷却技术涡轮中，基本所有的外表面所采用的冷却技术都是气膜冷却，比如叶片表面、端壁和叶顶间隙。气膜冷却作为一种外部冷却技术，通过将冷气喷射到壁面，将高温燃气与工作部件隔离开，实现冷却保护。所以，衡量气膜冷却效果的好坏，关键就在于冷气的覆盖效果。为了提高气膜冷却性能，学者们从多个方面进行过努力。关于气膜孔几何形状，已经从最为简单的圆柱形气膜孔发展到扇形气膜孔，使得冷气的横向和流向冷却效果获得提升；关于气膜孔布置，尤其是端壁区域，已经从简单的均匀布置发展为根据流动情况分区域布置；此外，还有关于孔间距、长径比等因素的探究。气膜冷却技术经过长时间的发展、完善，目前冷却性能已经有了很大提升。影响气膜冷却性能的主要因素，已经总结在表 1-1 中。其中每种影响因素之间并不
a) 圆型孔 b) 横向扩展型孔 c) 向前倾斜的横向扩展型孔图 1-3 三种不同形式的气膜孔出口[29]诸多研究已经证明，圆柱气膜孔在高动量射流时，冷气会明显出现分离。所于各种新奇气膜孔的设计研究一直在继续，主要朝着扇形孔改进。但是在作比较时却一直以圆柱气膜孔作为基准。显然，扇形气膜孔在作改型优化时，柱气膜孔作为比较基准是不合适的。为了给扇形气膜孔改型优化提供一个基础，需要找到一种扇形孔作为基准。roeder RP 等[30]根据文献和工业上用的最多的一种扇形孔（laidback fanshaped）,参考所有用过的几何参数范围，确定了 7-7-7 基准扇形孔，如图 1-4 所示。，名称中的数字 7 代表的是沿着三个方向的扩张角都为 7 度。气膜孔与主流（倾角）为 30 度，长径比为 6，孔出口与进口面积比为 2.5，孔之间的横向间 6D（D 为气膜孔圆柱段直径）。从冷却效率角度看，密度比为 1.2 或 1.5 时，度为 5%时，最佳吹风比约为 1.5。
【参考文献】：
期刊论文
[1]变攻角下端壁非定常脉动抽吸对高负荷压气机叶栅性能的影响[J]. 张洪鑫,陈绍文,李伟航,王松涛,王仲奇. 推进技术. 2019(10)
[2]定常抽吸与非定常脉动抽吸对高负荷压气机叶栅性能的影响[J]. 张洪鑫,陈绍文,王松涛,王仲奇. 大连海事大学学报. 2018(04)
[3]孔式非定常脉动抽吸控制高负荷压气机叶栅内流动分离的参数研究[J]. 张洪鑫,陈绍文,巩赟,王松涛,王仲奇. 推进技术. 2019(03)
博士论文
[1]超高负荷扩压叶栅分离结构及其定常与非定常控制研究[D]. 蔡乐.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3316145
【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】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GE和普惠共同研制的某涡扇发动机立体图
图 1-2 涡轮内部冷却示意图[8]外部冷却方法中，发散冷却是指通过多孔结构将冷气喷射到叶片外表面，但并未得到实际应用。原因是多孔结构的孔太小，易堵，使用寿命难以得到保障；气膜冷却是外冷中广泛采用的技术，目前在叶片表面，端壁，叶尖都得到了应用。1.3 恒定射流气膜冷却技术涡轮中，基本所有的外表面所采用的冷却技术都是气膜冷却，比如叶片表面、端壁和叶顶间隙。气膜冷却作为一种外部冷却技术，通过将冷气喷射到壁面，将高温燃气与工作部件隔离开，实现冷却保护。所以，衡量气膜冷却效果的好坏，关键就在于冷气的覆盖效果。为了提高气膜冷却性能，学者们从多个方面进行过努力。关于气膜孔几何形状，已经从最为简单的圆柱形气膜孔发展到扇形气膜孔，使得冷气的横向和流向冷却效果获得提升；关于气膜孔布置，尤其是端壁区域，已经从简单的均匀布置发展为根据流动情况分区域布置；此外，还有关于孔间距、长径比等因素的探究。气膜冷却技术经过长时间的发展、完善，目前冷却性能已经有了很大提升。影响气膜冷却性能的主要因素，已经总结在表 1-1 中。其中每种影响因素之间并不
a) 圆型孔 b) 横向扩展型孔 c) 向前倾斜的横向扩展型孔图 1-3 三种不同形式的气膜孔出口[29]诸多研究已经证明，圆柱气膜孔在高动量射流时，冷气会明显出现分离。所于各种新奇气膜孔的设计研究一直在继续，主要朝着扇形孔改进。但是在作比较时却一直以圆柱气膜孔作为基准。显然，扇形气膜孔在作改型优化时，柱气膜孔作为比较基准是不合适的。为了给扇形气膜孔改型优化提供一个基础，需要找到一种扇形孔作为基准。roeder RP 等[30]根据文献和工业上用的最多的一种扇形孔（laidback fanshaped）,参考所有用过的几何参数范围，确定了 7-7-7 基准扇形孔，如图 1-4 所示。，名称中的数字 7 代表的是沿着三个方向的扩张角都为 7 度。气膜孔与主流（倾角）为 30 度，长径比为 6，孔出口与进口面积比为 2.5，孔之间的横向间 6D（D 为气膜孔圆柱段直径）。从冷却效率角度看，密度比为 1.2 或 1.5 时，度为 5%时，最佳吹风比约为 1.5。
【参考文献】：
期刊论文
[1]变攻角下端壁非定常脉动抽吸对高负荷压气机叶栅性能的影响[J]. 张洪鑫,陈绍文,李伟航,王松涛,王仲奇. 推进技术. 2019(10)
[2]定常抽吸与非定常脉动抽吸对高负荷压气机叶栅性能的影响[J]. 张洪鑫,陈绍文,王松涛,王仲奇. 大连海事大学学报. 2018(04)
[3]孔式非定常脉动抽吸控制高负荷压气机叶栅内流动分离的参数研究[J]. 张洪鑫,陈绍文,巩赟,王松涛,王仲奇. 推进技术. 2019(03)
博士论文
[1]超高负荷扩压叶栅分离结构及其定常与非定常控制研究[D]. 蔡乐.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3316145
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3316145.html
