气膜冷却流场中不同影响因素下涡结构的变化

发布时间：2021-11-22 20:29

　　采用大涡模拟方法分析了稳定射流与合成射流入射时,不同因素对气膜冷却效率的影响。研究的影响因素主要包含了入射角、孔型、斯特劳哈尔数以及吹风比。结果表明在本文的研究参数下,当合成射流的斯特劳哈尔数为0. 22入射,吹风比为2. 5时,扇形孔入射所对应的气膜冷却效果最好。在此基础上,进一步分析了合成射流与定常射流条件下气膜冷却的流场特性、冷却效果与涡环之间的联系。研究结果显示合成射流的气体动量更大,流场中的拟序结构更复杂,但由于合成射流的可控性强,在实际应用中可以通过控制合成射流吹吸频率从而控制合成射流流场中涡结构之间的相互作用,以改善气膜冷却效果。 

【文章来源】：战术导弹技术. 2020,(04)北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

横向射流流场中的涡结构[7]

上述几种工况和流体特性正是通过控制流场中的涡结构达到提高气膜冷却效果的目的。Haven和Kurosaka[10]指出，孔的几何形状会影响涡结构彼此之间的距离，同时还会影响冷却射流抬起及横向射流对下方流体的夹带作用，如低长径比的孔相较于高长径比的孔会放大CRVP，降低气膜的附壁性。Camussi介绍了吹风比对流场中大相干结构发展演化过程中的影响[11]。图2为合成射流入射时流场的流线图，根据流线图的分布可大致看出，在射流射出孔口后，涡逐渐与主流掺混，在向下游发展的过程中会在前一个涡的尾缘脱落，脱落后的涡旋逐渐发展，在达到稳定状态时在尺度上与前一涡旋无明显差异。截取流场中心截面的流线进行分析，发现流场中涡形成的圆形区域逐渐椭圆化，流场涡度相较定常射流入射时增加，流线位置也升高了。此外，根据合成射流的特性，即射流速度周期性变化的特性，合成射流流场中产生的涡环比定常射流流场产生的涡环多且具备一定的规律性，流场中可见的涡结构不仅有反向旋转涡对，还可观察到较强的尾涡对结构，两对涡旋相互作用，旋向相反。

本文研究的不同入射角、不同孔型对应的物理模型如图3所示。影响气膜冷却效果的参数主要包括热参数和几何参数等，本文选取较宽范围的入射角(30°、60°和90°)、孔型(圆形、扇形和纵横比(Aspect Ratio,AR)为0.618的椭圆形)、斯特劳哈尔数以及吹风比对涡量和气膜冷却效率的影响展开数值模拟研究。

【参考文献】：
期刊论文
[1]弹用固冲发动机可调喷管气膜冷却数值研究[J]. 王书贤,魏凯,张立波.  导弹与航天运载技术. 2020(02)
[2]涡轮导叶压力面气膜孔排位置对气膜冷却特性的影响[J]. 姚春意,朱惠人,刘存良,张博伦,周益典.  推进技术. 2020(07)
[3]不同激励形式对脉动气膜冷却特性影响的数值研究[J]. 陈佳伟,蔡乐,王松涛.  推进技术. 2020(04)

硕士论文
[1]实时控制壁面拟序结构的湍流边界层壁面减阻实验研究[D]. 章彪.哈尔滨工业大学 2019



本文编号：3512393