叶栅内气体流动特征对叶片气膜冷却特性的影响研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qunli19890523
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随着人们对飞行器要求的不断提高,作为飞行器“心脏”的航空发动机的性能亦不断的提高。研究表明,提高航空发动机涡轮前温度是提升发动机性能的最佳途径。目前,燃烧室出口温度已经远远超过叶片材料耐热极限,因此对涡轮叶片采用有效的气膜冷却是保障涡轮叶片安全可靠工作的重要途径之一。  本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法对典型叶片的气膜冷却特性开展研究,分析了来流雷诺数、湍流度以及吹风比对叶片表面换热特性的影响规律,揭示了涡轮叶片气膜冷却结构的流场特征,并在此基础上得到了相应的换热规律。根据本文研究内容所得结论为:  (1)在实验参数范围内,相同吹风比下,来流雷诺数改变对叶片表面冷却效率的影响不大,冷却效率基本保持不变;但对叶片表面的对流换热系数有较大影响,随雷诺数的增加,对流换热系数显著提高;  (2)吹风比对叶片表面冷却效率和对流换热系数影响较大,随吹风比的增大,叶片表面冷却效率和对流换热系数均逐渐升高,但当高吹风比>3时,叶片吸力面气膜孔出口下游附近冷却效率呈现下降趋势;  (3)湍流度对叶片表面气膜冷却特性有较大影响,叶栅通道中气流湍流度的增大会增强气流扰动,加速了叶片表面气膜层的破坏,导致冷却效率降低,但提高了表面的对流换热系数;  (4)运用Fluent软件对典型叶片实验工况进行数值模拟来分析其气膜冷却特性,并与实验结果进行对比,结果显示实验结果与数值仿真结果能较好吻合。
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