李冰[1]2007年在《层板冷却结构内部流场显示与换热特性研究》文中研究说明全气膜层板冷却技术是一种新型的冷却方式，它集冲击冷却、对流冷却以及气膜冷却于一体，具有需要冷气量少，冷却效率高的优点。这一技术具有非常广阔的应用前景，所以正在受到越来越多的重视。 本文分别通过实验、数值模拟以及工程计算的方法对层板结构的内部流场、换热以及整体冷却效果等进行了研究。 实验时，设计加工了6块不同结构的层板实验件，并采用油流法对各层板实验件的内部流动情况进行了研究。实验结果表明，层板内部的流动情况随其结构的变化而变化，这种变化主要集中在扰流柱附近区域。 数值模拟时，为了能够与实验结果相比较，所建立模型的几何尺寸与实验时相同，并对各层板模型的流动与换热情况进行了研究。结果表明：对层板内部流动情况而言，计算结果与实验结果基本吻合；对换热情况而言，在每种层板内部各表面的平均换热系数中，冲击孔以及气膜孔内表面的换热系数较大，冲击面的换热系数最小，扰流柱表面的换热系数与其绕流方式有着密切的关系。 工程计算时，将层板冷却结构应用于航空发动机的涡轮叶片中，构成层板冷却叶片，针对这种叶片采用标准的FORTRAN 77语言分别编写了能够快速计算其稳态以及非稳态温度场的计算机程序。并且应用该程序对不同结构层板冷却叶片的稳态及非稳态温度场分别进行了计算，获得了整个叶片在稳定状态以及非稳定状态不同时刻的温度分布情况，并分析了稳定状态时，冲击孔、扰流柱以及气膜孔几何尺寸对整个叶片温度场的影响；非稳定状态时，叶片温度场随时间的变化情况。
吕锡嘉[2]2009年在《利用红外热像技术实验研究层板结构的冷却特性》文中提出为了研究层板冷却特性,在高温热风洞中,应用红外热像系统,对叁个具有真实燃气轮机尺度的层板结构进行冷却特性实验研究。为了准确测量表面温度,采用了高精度热电偶校正法,建立修正关系;为了描述冲击、对流及导热的综合作用,采用数字图像信号运算技术,直接获得描述冷却前后层板高温表面二维温差分布。实验在高温亚声速风洞中进行,通过比较叁种层板结构综合冷却效率,详细讨论了绕流柱数目及直径、膜孔角度、主流雷诺数和努塞尔数对层板冷却效率的影响。实验结果展示了冷却介质注射量对层板冷却特性的影响,证明远红外热像技术用来研究层板冷却特性是一种有效的方法。同时,运用图像处理技术,分析了层板表面两个特征区域的温度分布。
郭瑞[3]2017年在《叶片前缘层板冷却传热特性模拟试验研究》文中指出本文针对层板冷却叶片前缘的流动与传热特性采用数值模拟和实验的方法进行了研究。首先,根据层板冷却叶片型面及设计状态下的进出口条件,对实际叶片模型前缘3种绕流方式、3种扰流柱形状、2种冲击孔轴线设置方式对流动与传热的影响进行了数值研究。在设计状态下的计算结果表明:就总压损失系数而言,绕流方式A1低于绕流方式A2和A3;方形扰流柱的最高,菱形扰流柱的次之,圆形扰流柱的最小,但较为接近;E方式的冲击孔轴线设置较U方式的要小。就叶片前缘外表面的平均换热系数而言,叁种绕流方式的相比,A1(27)A2(27)A3;叁种扰流柱形状的相比,其大小关系随绕流方式和冲击孔轴线设置方式的不同而变化;两种冲击孔轴线设置方式的相比,U方式较E方式的大。就叶片前缘外表面的平均冷却效率而言,绕流方式A1较绕流方式A2和A3的高;叁种扰流柱形状的相近;U方式较E方式的高。其次,数值研究了平均密流比和温比对实际层板冷却叶片模型前缘的流动与传热的影响。计算结果表明:随着平均密流比和温比的增大,实际层板冷却叶片模型前缘的平均换热系数和平均冷却效率均逐渐增大。再次,对于具有典型结构和计算结果中冷却效果较好的叁种结构的层板冷却叶片进行了验证性试验。试验结果显示:四种结构的冷却效率均随着平均密流比的增大而增大,随着温比的增大而略微减小。最后,在压力和温度相对都较低试验台模拟状态下,在与实际叶片模型相同的来流雷诺数的条件下,对层板冷却叶片放大3倍模型的流动和传热特性进行了数值模拟研究,比较了不同平均密流比条件下叶片前缘的流动与换热情况,但绝对数值差异明显,在此基础上发展了针对于放大试验模型换热特性计算结果的修正方法。结果表明,两种叶片模型前缘的流动特性差别较小,努塞尔数分布及冷却效率分布变化趋势类似,经过修正的放大试验模型在模拟条件下计算的努塞尔数分布及冷却效率分布能较好地反映实际工作状态下的叶片换热特性。另外也比较了不同温比条件下叶片前缘的流动与换热情况,其分布与实际叶片模型类似,但绝对数值依然差异明显。
薛双松[4]2016年在《多孔壁/层板结构流动与冷却特性数值模拟及实验研究》文中认为本文对简化的平板形式的多孔壁/层板结构流动与冷却特性进行了数值模拟及实验研究。在数值模拟中,对简化的平板形式的多孔壁流动和冷却特性进行数值计算研究,考察了4种多孔壁孔排布方式、4种开孔率、3种孔复合角对流动与换热的影响。计算结果表明:多孔壁模型孔出口形成对涡,主流在气膜出流上游减速绕过气膜出流后向气膜孔下游中心汇聚;流阻系数随着P/S的增加先增大后减小,流量系数随着P/S增加而增大,随开孔率增加而减小;整体冷却效果随P/S增大而减小,随开孔率增加而增大,采取沿流向长菱形排布形式有利于形成更好的气膜覆盖,有利于得到更高的冷却效率;适当的复合角可以减小多孔壁流阻系数,增加流量系数,但当冷却孔复合角持续增大时,流阻系数又急剧增大,流量系数减小。对简化的平板形式的层板流动和冷却特性进行数值计算研究,考察了3种层板扰流柱布局形式、4种冲击孔开孔率、4种气膜孔直径、4种扰流柱高度、3种扰流柱直径。结果表明:扰流柱布局形式对层板隔腔内流动特征影响很大,扰流柱设置在冲击滞止区与气膜孔入口处中间位置可消除冲击射流折返后直接进入气膜孔的流动现象。冲击孔两两之间连线中间位置的扰流柱可减小此处两股绕流的相互冲击,消除此处的低对流换热区;单个层板单元内扰流柱的增加增大了层板流阻系数,减小了层板流量系数,增大了层板冷却效率。随着冲击孔开孔率增加,流阻系数增大,流量系数减小,冷气消耗量增大,冷却效率提高;随着气膜孔直径增大,流阻系数减小,流量系数增大,冷气消耗量提高,整体冷却效率提高,但趋势逐渐放缓;流阻系数随着扰流柱直径增大而减小,流量系数随之先增大后减小,冷却效率随之增大,但影响不显着。扰流柱布局形式对层板整理流动和冷却特性有显着影响。
全栋梁[5]2003年在《层板冷却特性的研究》文中研究指明多孔层板冷却技术集冲击冷却、对流冷却和气膜冷却于一体，是一种新型的冷却方式，具有冷气消耗量少，冷却效率高的优点，应用日益广泛。通过实验和数值模拟对多孔层板的冷却特性进行了研究。 在流阻特性实验部分，设计制造了两种内部绕流结构的四块单层和双层层板，进行了流阻特性实验，获得了其流量和压差之间关系的特性。实验结果表明：层板的流阻主要决定于其开孔率，开孔率越大，流阻越小。通道高度、内部绕流结构等对流阻特性有一定影响，但与开孔率相比居次要地位。 在冷却特性实验部分，在大尺寸低速回流式风洞中对上述四块层板进行了冷却特性实验，获得了其综合冷却效率。实验结果表明：层板的具有很高的冷却效率；层板冷却效率主要决定于开孔率，开孔率越大，冷却效率越高。 在数值模拟部分，运用商用软件FLUENT6.0对两种典型绕流方式、叁种绕流柱形和叁种通道高度的放大尺寸层板模型进行了数值模拟，获得了层板内部复杂的流场和流阻特性，分析了绕流方式、绕流柱形和通道高度对层板流阻特性的影响，计算结果和实验结果符合很好。 四块层板进行了流一固耦合传热计算，获得了其流阻特性和冷却特性，结果表明计算结果在总体趋势上和实验结果一致，在有些情况下计算与实验有一定的差别。
全栋梁, 刘松龄, 李江海, 许都纯, 游绍坤[6]2004年在《层板冷却特性的实验与数值模拟研究》文中指出在大尺寸低速回流式风洞内对一种应用于涡轮叶片的典型的层板结构进行了流阻特性和冷却特性的实验研究,获取了该层板综合冷却效果与层板两侧压比的关系,结果表明层板具有很高的冷却效果。运用商用软件Fluent6 0对其进行了流固耦合传热计算,分析了层板内部复杂的流动和换热情况,得到了在不同的进出口条件下该层板的综合冷却效果。计算结果和实验值进行了比较,两者符合较好,表明通过数值计算获取层板冷却效果的方法是可行的。
李江海[7]2005年在《层板冷却特性的研究》文中提出多孔层板冷却技术是一种新型冷却技术,集冲击、对流和气膜冷却于一体,具有冷气消耗量小,冷却效率高的特点,在国外的应用越来越广泛。本文通过实验和数值模拟研究了层板的流动特性和冷却特性。 设计制造了6块单层平板以及6块单层叶片。分别在大尺寸低速回流式风洞和热风洞中进行了流阻特性和冷却特性实验。 流阻特性实验表明:层板的流阻主要取决于开孔率,开孔率越大,流阻越小。其余几何参数如通道高度等对流阻也有一定影响。 冷却特性实验表明:层板具有很高的冷却效率;层板冷却效率主要取决于开孔率;层板叶片压力面的冷效略高于吸力面。 用FLUENT 6.1对4块层板平板进行了实验工况下的数值模拟,结果表明计算结果在总体趋势上和实验一致。流阻计算结果和实验符合得较好,部分冷效计算结果与实验有一定差距。 对16种不同几何结构尺寸的层板进行了系统的叁维耦合数值计算,研究了通道高度等几何参数对层板流阻和冷效的影响。结果表明,在相同的冷气密流条件下,减小通道高度、增大孔的疏密度可显着提高冷却效果,但同时也使流动阻力增大。孔距对冷却效果影响不大,但对流阻有重大影响。层板强化换热主要集中在内部表面,冷气侧的换热对冷效的影响不大。本文的结果可为层板的优化设计提供参考。
赵乃芬[8]2014年在《致密多孔层板冷却结构研究》文中研究指明在航空燃气涡轮发动机的发展过程中,为提高发动机的热效率和推重比,燃烧室部件设计将向高温升、高热容方向发展。燃烧室温升的增加,使得参与燃烧的空气量随之增加而导致用于火焰筒壁面冷却的空气量减少;同时,压气机出口温度的提高又使得用于冷却火焰筒壁面的空气温度上升而导致冷却潜力下降。现有冷却结构设计方法已经无法满足需要,必须发展先进的复合冷却结构形式以满足未来航空发动机燃烧室热端部件的冷却需求。本文首先对致密多孔层板冷却结构进行了详细的数值模拟并进行了结果分析。研究内容包括:改变层板结构内部的几何结构,即孔柱间距和孔柱相对位置排布,计算分析层板结构的流动换热特性;改变层板结构的几何尺寸、开孔率、冷却率、堵塞比等参数,通过对比分析,得到这些参数的改变对层板流动换热特性的影响。研究发现:孔柱相对位置呈长菱形排布的层板结构能获得较好的流动特性和换热效果;冲击高度的增加使层板结构的压降降低、流量系数增大及综合冷却效率增加;开孔率的增加对层板结构流动换热特性的影响并非单一变化的;堵塞比的增加对压降和流量系数的影响不大,综合冷效在阻塞比为8.7%时最好;层板结构的综合冷却效率随着冷却率的增加、主流流速的减小而增大。其次,利用红外热像仪对典型的层板结构开展了实验研究,主要分析了吹风比、冲击开孔率以及气膜开孔率对层板热侧壁面综合冷却效率的影响。结果表明:随着吹风比的增大,层板热侧壁面的温度逐渐减小,当吹风比增加到2.4之后,吹风比的增加对壁面温度的影响较小;在吹风比为0.9、气膜孔径为2mm时层板的综合冷却效果最好,吹风比为2.4时,气膜孔径为1.8mm的层板综合冷却效果最好。
胡娅萍, 卢元丽, 吉洪湖, 王鸣[9]2014年在《层板冷却涡轮叶片前缘内部流动与传热特性实验》文中研究表明基于相似理论,对简化的层板冷却涡轮叶片前缘放大模型内部的流动与传热特性进行实验研究,对比了无绕流柱和带菱形扰流柱两种实验模型的流动阻力系数、靶面温度和表面传热系数的分布.实验中采用红外热像技术测量换热面的温度,采用ANSYS软件计算换热面的局部热流密度.结果表明:两种模型的流动阻力随进气雷诺数逐渐增大,带菱形扰流柱模型的流动阻力总体上较大;靶面局部表面传热系数的分布特征基本相同,带菱形扰流柱模型的局部表面传热系数比无扰流柱模型的稍高;靶面平均表面传热系数的差别很小,相同进气雷诺数下带菱形扰流柱模型的平均表面传热系数值最多大7%.
吴向宇, 黎旭, 时艳, 张翠华, 杜治能[10]2014年在《典型层板冷却结构热疲劳破坏特性研究》文中提出针对叁种不同形式的典型层板冷却结构,设计加工了高温合金材料试验件.模拟涡轮冷却叶片在实际发动机中的高温工作环境,通过冷热循环加载方式试验研究每种层板冷却结构的热疲劳寿命,分析其破坏部位及破坏原因,并与数值计算结果进行了对比.结果表明:层板冷却结构热疲劳裂纹出现在排气板气膜孔附近,并沿气膜孔纵向扩展,内表面扩展程度大于外表面.在叁种层板冷却结构中,211型层板冷却结构热疲劳寿命最低,161型和141型层板冷却结构热疲劳寿命相当.
参考文献：
[1]. 层板冷却结构内部流场显示与换热特性研究[D]. 李冰. 西北工业大学. 2007
[2]. 利用红外热像技术实验研究层板结构的冷却特性[D]. 吕锡嘉. 中国科学技术大学. 2009
[3]. 叶片前缘层板冷却传热特性模拟试验研究[D]. 郭瑞. 南京航空航天大学. 2017
[4]. 多孔壁/层板结构流动与冷却特性数值模拟及实验研究[D]. 薛双松. 南京航空航天大学. 2016
[5]. 层板冷却特性的研究[D]. 全栋梁. 西北工业大学. 2003
[6]. 层板冷却特性的实验与数值模拟研究[J]. 全栋梁, 刘松龄, 李江海, 许都纯, 游绍坤. 推进技术. 2004
[7]. 层板冷却特性的研究[D]. 李江海. 西北工业大学. 2005
[8]. 致密多孔层板冷却结构研究[D]. 赵乃芬. 南京航空航天大学. 2014
[9]. 层板冷却涡轮叶片前缘内部流动与传热特性实验[J]. 胡娅萍, 卢元丽, 吉洪湖, 王鸣. 航空动力学报. 2014
[10]. 典型层板冷却结构热疲劳破坏特性研究[J]. 吴向宇, 黎旭, 时艳, 张翠华, 杜治能. 航空动力学报. 2014