双层壁叶片异型冷却单元内部换热特性研究

发布时间：2021-08-30 16:43

　　涡轮叶片作为航空发动机内部工作环境最为恶劣的部件之一,对其进行冷却十分必要。复合冷却作为一种高效的冷却方式,在目前涡轮叶片内广泛使用。针对采用复合冷却方式的某型号双层壁叶片,本文利用热色液晶瞬态测量技术,研究了叶片内部的换热特性,着重分析了冲击靶面在不同流量系数、不同几何模型下的换热规律。得到了不同流量系数下冲击孔的换热特性、扰流柱对冲击靶面换热程度的影响。通过研究发现:冲击靶面上射流滞止中心区域的努赛尔数最高,并且换热高峰区随着射流向四周发展。冲击靶面的换热强度并不均匀,由于气膜孔的卷吸和溢流作用,使得气膜孔四周存在局部换热高峰区。冲击靶面靠近叶顶处的努赛尔数高于靠近叶根处的努赛尔数。扰流柱对于叶片内部的换热产生十分显著的影响,在典型工况下,针对冲击靶面而言,扰流柱结构的存在可以显著降低冲击靶面温度分布的不均匀性,提高冲击靶面的平均努赛尔数。在典型工况下（Cm=1.0）,对于叶片前缘、后腔压力面和尾缘三个部分,当增加扰流柱结构后,冲击靶面的平均努赛尔数分别提高19.6%,32.5%和17.7%。对于前腔吸力面和前腔压力面而言,增加扰流柱结构后冲击靶面平均努赛尔数分别提高20.6%和1... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

GE公司地面燃气轮机[2]

南京航空航天大学硕士学位论文第一章 绪论1.1 研究背景航空发动机作为工业皇冠上的明珠，其生产和制造考验着一个国家的装备制造业是否发达 1.1~1.4 给出了几种不同的燃气轮机内部结构，可以看出其结构十分复杂，所以，航空发动的研发十分艰难。随着现代高性能发动机的不断发展，以高推重比，低成本以及低油耗为指的新型发动机是未来发展的方向。有研究表明，考虑到发动机内部的热力循环，提高发动机重比的有效途径是提高燃烧室出口气流温度。相关研究也表明，涡轮入口温度每提高 55℃无形变的情况下，发动机的推力理论上将提高8%-13%左右，燃气轮机循环效率将实现2%~4%增长[1]

1.1 研究背景航空发动机作为工业皇冠上的明珠，其生产和制造考验着一个国家的装备制造业是否发达图 1.1~1.4 给出了几种不同的燃气轮机内部结构，可以看出其结构十分复杂，所以，航空发动机的研发十分艰难。随着现代高性能发动机的不断发展，以高推重比，低成本以及低油耗为指标的新型发动机是未来发展的方向。有研究表明，考虑到发动机内部的热力循环，提高发动机推重比的有效途径是提高燃烧室出口气流温度。相关研究也表明，涡轮入口温度每提高 55℃当无形变的情况下，发动机的推力理论上将提高8%-13%左右，燃气轮机循环效率将实现2%~4%的增长[1]图 1.1 GE 公司地面燃气轮机[2]图 1.2 罗尔斯-罗伊斯 RB211 涡轮风扇发动机[3]

【参考文献】：
期刊论文
[1]热色液晶标定和使用的影响因素[J]. 赵熙,徐国强,罗翔,冯野,王蕾.  航空动力学报. 2013(06)
[2]小冲击间距下带倾角冲击凹柱面流场结构实验研究[J]. 沈瑾,缪国君,毛军逵,刘震雄.  推进技术. 2010(02)
[3]小间距单孔冲击凸面靶板流场结构实验[J]. 毛军逵,刘震雄,郭文.  航空动力学报. 2007(10)
[4]双层壳型冲击/气膜结构内表面换热特性实验[J]. 毛军逵,刘震雄,郭文,江和甫.  推进技术. 2007(03)
[5]液晶测温法对平板气膜冷却的实验研究[J]. 徐国强,田宁,陶智,丁水汀,罗翔,邓宏武.  航空动力学报. 2007(05)
[6]双层壳型冲击/气膜复合冷却效果的实验[J]. 刘震雄,毛军逵,郭文,江和甫.  航空动力学报. 2007(02)
[7]不同光源条件下热敏液晶色温特性的实验研究[J]. 韩振兴,周嗣京,刘捷,刘石,刘建军.  工程热物理学报. 2005(S1)
[8]航空发动机涡轮叶片冷却技术综述[J]. 倪萌,朱惠人,裘云,许都纯,刘松龄.  燃气轮机技术. 2005(04)
[9]冲击加多斜孔双层壁冷却方式流量系数研究[J]. 许全宏,林宇震,刘高恩.  推进技术. 2000(05)

硕士论文
[1]涡轮叶片内部冷却结构的流动与换热特性研究[D]. 李希军.南京航空航天大学 2014
[2]冲击冷却流动与换热特性的数值模拟研究[D]. 陈昌将.哈尔滨工程大学 2012
[3]旋转条件下双层冲击/气膜复合冷却结构的机理性研究[D]. 王小平.南京航空航天大学 2007



本文编号：3373140