文档介绍：硕士学位论文作者韭—夔指导教师专业技术职务学科ㄒ筮塞厶麴援工程垫物理年月西北工业大学谎芯可
摘要全气膜多孔层板冷却技术集冲击冷却、对流冷却、气膜冷却为一体,具有消耗冷气量少、冷却效率高的优点,具有很广阔的应用前景。本文通过实验的方法测量分析了层板叶片外表面全气膜冷却的换热系数和冷却效率;用数值模拟的方法对层板结构的综合冷却效果、流体固体域的温度、流场和各壁面的换热特性进行了研究分析。在全气膜叶片实验部分,设计制造了两个叶片。其一是光滑的叶片,用来测量叶片表面的静压;另一个在型面上布置了排气膜孔,用以测量叶片外表面的换热系数和冷却效率。在主流雷诺数。,,段诙砸镀表面的静压进行了测量,得出了型面的压力分布和速度分布。在静压测量的基础上,雷诺数和吹风比分别为~,~时,对叶片全气膜冷却的换热系数和冷却效率进行了测量,有以下几点结论:蝗认凳孀爬着凳和吹风比的增加而增加。在压力面上吹风比对换热系数的影响更大一些,而在吸力面上雷诺数对换热系数的影响更大一些。奁た壮隽魇彼獾玫幕蝗认数规律与有气膜孔出流时换热系数的规律基本一致。胛奁た壮隽魇毕比,压力面上的换热系数增加的幅度大于吸力丽上换热系数增加的幅度。在吸力面上气膜孔的出流强化了换热;而在压力面上,大吹风比时与吸力面相同,小吹风比时,气膜孔的出流减弱了换热。谝镀霸岛椭胁浚だ淙葱恃亓向快速增加到最大值,而后冷却效率沿流向减小,冷却效率可高达。在层板数值模拟部分,应用商业软件对一种典型层板结构选取多个单元进行了流固耦合传热计算。获取了层板内的流场、固体域和流体域的温度,层板各壁面的换热系数以及层板的综合冷却效果。数值计算结果表明层板强化换热主要集中在内部表面,从燃气侧传入层板的热量大部分被通道内的冷气带走,气膜孔内冷气带走的热量比重较大,冷气侧冷气带走的热量所占比重很小,冲击孔内冷气带走的热量所占比重最小。关键词:涡轮叶片,多孔层板,换热系数,冷却效率,流固耦合,数值模拟等搜妒垦宦畚摘要心』
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引言第一章绪论航空发动机冷却技术发展史金以及新的能承受高温的材料,如金属问化合物及复合材料,碳一碳复合材料,即使发动机涡轮部件采用碳一碳复合这样的耐高温材料,也不能完全取消冷却,发动机推重比的提高是航空发动机人追求的目标。推重比的提高使得衡量发动机性能重要指标之一的涡轮进口温度提高很快。推重比一级发动机的涡轮进口温度已经达到一℃.美国国防部开展的“综合高性能涡轮发动机技术”计划⋯和英国开展的“先进核心机军用发动机”计划均把推重比定为年的目标,到那时发动机的涡轮进口温度将高达℃。这样的高温一般材料是无法承受的,而目前解决这一难题的方法是研究材料的耐高温性和发展先进的冷却技术。涡轮材料“。诘姆⒄狗较蚴嵌ㄏ蚬簿Ш辖稹⒊ゾШ辖稹⒒岛辖鸹温合会。远期发展方向是人工纤维增强高温合金、定向再结晶氧化物弥散强化合陶瓷和陶瓷基复合材料。近年来耐温材料技术发展较快,以成,。为代表的陶瓷是最有前途的材料之一;热障涂层技术“难芯恳埠芑钤荆俏新秩肟谖露以每年平均的速度增加,而金属耐温程度仅以每年约娴乃俣仍黾印R虼耍先进的冷却技术可使高温部件承受更高的工作温度,使发动机寿命更长、可靠性更高“诠暾治新纸谖露鹊奶岣撸ヒ揽康氖遣牧夏腿刃缘母慕而%依靠的是冷却技术的进步。推力比的提高以及未采用冷却叶片“暌郧拔新纸谖露纫恢辈荒超过。之后发展了简单的直冷却通道叶片,冷却空气穿过叶片内部的通道之后直接排放进燃气通道中,但是这种冷却结构内部换热的作用不大,涡轮进口温度停留在~之问。在孔道对流冷却的情况下,按冷气流动的方向可将叶片区分为纵向流叶片、横向流叶片和混合流叶片。图瞧湟镀工作图。冷却通道最初是光滑的,后来在内表面上增加了肋、销钉和扰流柱等以增加紊流度、换热面积来强化叶片的冷却效果;也有在通道内表面加气膜孔或者气膜孔和肋共同存在来提高冷却效果。之后导向叶片内部开始采用冲击冷却,尾西北工业大学硕士学位论文第一章绪论
缘采用气膜冷却和劈缝冷却。七十年代初期动叶片普遍采用多摊孔气膜冷却,冷却空气从叶片内通道穿过气膜孔覆盖到叶片外表面,在叶片与燃气之间形成一层薄气膜,依靠气膜的热绝缘性能降低了从燃气传入叶片的热量。为了提高冷却效果,人们提出了发散冷却方法。通常发散冷却叶片是由叶片骨架和金属丝网制成。骨架承担叶片所受的应力,而由高温合金材料编织成的多层密致的丝网形成叶片所需的气动力外形。这种丝网制成的叶片表面具有无数的细微小孔,冷却气流便从这些小孔渗出而在叶片外表谣形成连续而均匀的“保护毯”,从而把燃气与叶片表面隔开,起到隔热作用。它的冷却效果在理想情况下可以达到甚至更高。但是,这种发散冷却叶片由于丝网同骨架的连接工艺复杂,丝网容易堵塞、积碳,冷气流量不