裘云[1]2003年在《带肋壁与气膜孔出流通道的流动特性研究》文中指出带肋壁和气膜孔出流的内流冷却通道是涡轮叶片中出现的新型冷却通道，它使涡轮叶片内部的肋壁强化换热和外部的气膜冷却有机地结合起来，实现了叶片的高效复合冷却方式。为详细了解此种通道中的肋对气膜孔出流特性的影响以及气膜孔出流对通道流阻特性的影响，本文采用了实验和数值模拟相结合的方法进行了系统的研究。 实验在相似理论的指导下，将内流冷却通道的实物模型放大20倍左右后，在低速风洞中进行。通道模型为上下壁面带肋的矩形横截面通道，其中上下壁面的肋错排布置。通道下壁面带有导向角为90°、倾角为45°、长径比为4.0的气膜孔，沿通道主流方向等间距共布置14个。实验中主要研究了肋的角度(θ=45°、60°、90°、120°)、肋的高度(h／e=1.0、2.0)、肋与气膜孔的相对位置、通道横截面的高宽比(H／W=0.5、1.0、2.0)等几何参数对气膜孔出流特性(流量系数，C_d)的影响，以及肋的几何结构、气膜孔的出流对通道流阻特性的影响。对每一种通道结构，实验在不同通道进口雷诺数(Re=20000、40000、60000、80000)和不同通道总出流比(SR=0.30、0.45、0.60)下进行，以研究这两个流动参数及其它相应变化的参数(气膜孔的雷诺数Re_h、气膜孔与通道的动量比I等)对出流特性和流阻特性的影响规律。另外，实验还研究了带气膜孔出流的光滑壁通道的出流特性和流阻特性。 在以上这些工作的基础上，本文选取典型的通道结构，采用实验和数值模拟的方法研究了其流场结构，以更深入地揭示肋对气膜孔出流特性的影响机理。结果显示，不仅数值模拟得到的流场图形与实验测得的基本一致，而且根据数值模拟的结果所计算出的流量系数也与实验测量值一致，这验证了数值模拟结果的可靠性。 在首次对带肋壁和气膜孔出流通道的流动特性进行了系统的研究之后，本文得到了以下主要结论：1．肋通过影响通道内的二次流结构、主流的再附着点等，改变了气膜孔入口处的流场结构，以致最终影响了气膜孔的出流特性(流量系数)；2．通道内不同位置处的气膜孔的流量系数不同，通道中后部的气膜孔的流量系数最高，而通道进口处的较低；3．孔的雷诺数、气膜孔与通道的动量 摘 要一比是影响气膜孔流量系数的主要参数，它们的提高都会使流量系数提高；4．气膜孔出流对通道内的静压有明显的提升作用，因此带肋壁和气膜孔出流通道的流阻特性与单纯带肋壁通道有明显差别；5．本文提出了带肋壁和气膜孔出流通道的静压系数的计算模型，其计算结果与实验结果一致。
倪萌[2]2003年在《有肋和气膜孔出流的通道内流动特性研究》文中研究说明本文根据航空发动机中涡轮叶片内流冷却的实际需要，在宽广的气流流动参数范围内，对同时带肋和气膜孔出流的叶片内冷通道的流量系数、压力系数以及流场进行了详细的实验测试，同时还进行了相应的数值模拟计算。 根据实验课题的要求，在宽高比分别为1.0、2.0和0.5的内流冷却通道里，在不同的气动和几何参数(雷诺数Re分别为20000、40000、60000、80000，出流比SR为0.3、0.45和0.6，肋角分别为45°、60°、90°、120°，肋高h／e分别为1.0和2.0，孔位分别为肋中间、肋下游和肋上游)的情况下，对流量系数和压力系数以及流场进行了实验研究，获得了大量的实验数据和图形，较为详细地给出了流量系数和压力系数随不同气动参数和几何参数而变化的规律。实验中发现气膜孔雷诺数和肋角对流量系数有较大的影响。流量系数随气膜孔雷诺数的增大而增大，当雷诺数达到15000以后，流量系数随雷诺数的变化变小。而肋则因在通道中产生了二次流，影响了气流进入孔时的方向而对流量系数产生影响。出流比和雷诺数的增大都有使压力系数增大的趋势，而肋则使压力系数降低，肋高增大，压力系数降低的幅度越大。 本文还利用商业软件FLUENT5进行了数值模拟计算，数值计算可以更详细更全面地展现通道内以及孔内流场的分布规律，更加丰富和完善了实验测量结果，并将实验结果和数值计算结果进行了对比分析。
李广超[3]2006年在《带肋及气膜孔的矩形通道流阻和换热研究》文中提出气膜冷却和强迫对流换热是目前航空发动机涡轮叶片上采用的主要冷却方式。气动参数和几何参数对通道壁面的换热特性都有影响。为了更加准确了解内冷通道的流动和换热特性,本文采用实验和数值模拟相结合的方法对其进行了系统的研究。 对带肋和气膜孔通道的气膜孔流量系数、通道压力分布和带气膜孔壁面换热系数进行了实验测量。换热系数的测量采用了瞬态液晶技术。在研究流量系数和压力分布的实验中,入口雷诺数数的变化范围是60000～150000,出流比的变化范围是0.04～0.22。在研究换热系数的实验中,入口雷诺数的变化范围是30000～90000,出流比的变化范围是0.09～0.22。肋角度有60度,90度和120度,肋和气膜孔的相对位置有肋在气膜孔上游,肋在气膜孔下游和肋在气膜孔中间。研究了孔雷诺数,通道入口雷诺数,出流比,肋角度和气膜孔位置对流量系数的影响以及通道入口雷诺数,出流比,肋角度和气膜孔位置对压力分布和换热系数的影响。实验结果表明,孔雷诺数是影响流量系数的主要因素,随着肋角度的增加,流量系数增加,气膜孔位置对流量系数也有一定的影响;随着通道入口雷诺数和出流比的增加,压力系数增加;肋角度和气膜孔为主对平均换热系数有一定的影响,对换热系数分布的影响非常明显。 利用FLUENT6.1对实验工况进行了数值模拟研究,计算结果和实验数据总体上是一致的。研究了不带气膜孔壁面的换热系数分布以及旋转效应对流量系数的影响。计算结果表明,通道四个壁面的换热系数差别较大,在布置有斜肋的通道中,换热系数的最大值并不是带肋的粗糙壁面,而是其中的一个光滑壁面;在布置有直肋的通道中,上下壁面的换热系数分布基本一致,左右壁面的换热系数分布基本一致;旋转对气膜孔流量系数的影响很大,通道顺时针旋转,流量系数增加,通道逆时针旋转,流量系数减小。
王利平[4]2011年在《涡轮叶片冷却结构传热性能的数值研究》文中研究说明在航空燃气涡轮发动机的发展过程中，为提高发动机的热力循环效率和推重比，涡轮进口燃气温度不断被提高。为满足涡轮进口温度不断提升的需求，除了不断发展涡轮叶片新材料和新工艺以外，决定性的因素之一是发展先进的高效强化冷却技术。当多种冷却方式被集成到一个叶片中时，整个叶片内部冷却通道中的冷气流动和换热特性将变得复杂，因此针对气冷涡轮叶片的传热特性进行相关的研究是十分重要的。本文针对一个特定的涡轮导向叶片，设计了叁种不同的冷却结构，并利用Fluent软件对叁种冷却结构的流动和换热特性进行了数值研究，该冷却结构中包括气膜冷却、冲击冷却、肋壁强化换热、扰流柱强化换热以及对应的不同弯折通道，通过对比分析可知，合理地组织气流流动，对增强叶片的换热效果，减少冷气用量，提高燃气进气温度能起到积极作用。其次，对敷设热障涂层的气冷叶片温度分布进行了叁维流-固-热共轭计算，分析了热障涂层厚度对叶片金属基体表面温降水平的影响，同时对比了有/无考虑燃气与叶片表面辐射换热时的叶片表面温度分布差异。结果表明：随着热障涂层厚度的增加，叶片表面温度明显下降，均匀性也随之提高；在无热障涂层保护时，叶片表面温度受辐射换热的影响最大，温度升高最明显，而在敷设热障涂层后，温度虽有升高，但相比之下较小；考虑辐射换热后，热障涂层的保护作用大大提高，在热障涂层厚度为0.25mm时，与未考虑辐射换热相比，温降最大提高了97K，所以在实际的高温高压涡轮叶栅耦合换热中，辐射换热是不容忽视的。最后，对涡轮叶片吸力面上两种气膜孔孔型（圆形气膜孔和收敛缝形气膜孔）的流场及换热进行了实验研究，并进行了数值模拟。结果表明：对于常规圆形气膜孔，气膜出流从中心向上抬升会形成反向旋转“卵形”涡对，收敛缝形气膜孔也在气膜孔出口下游形成了反向涡对，但旋向却与圆形孔“卵形”涡对相反；相对于圆形气膜孔，收敛缝形气膜孔具有显着提高冷却效率的能力；随着吹风比的增大，气膜出流动量增大，流场受主流二次流动的影响逐渐减小。
胡博[5]2008年在《狭小受限空间内气膜孔流量系数的数值模拟和实验研究》文中指出本文以一种基于旋流增益的强化换热技术为研究对象,分析在狭小受限空间内冲击/气膜复合冷却的流动特性,特别针对狭小受限冷却通道(冷却通道高度小于或等于气膜孔直径)中气膜孔附近的流场结构和流量系数开展了数值模拟和实验研究。首先针对受限狭小空间内气膜出流的物理模型,利用无量纲分析技术得到了影响气膜孔流量系数的各种因素,为进一步的数值模拟和实验研究奠定了基础。实验中,采用高精度的涡街流量计,结合微压计等测试设备,通过改变气膜孔雷诺数Re、吹风比M、无量纲冷却通道高度h /d等参数,细致研究了狭小空间的几何结构、流场变化对单排气膜孔平均流量系数的影响规律,得到了流量系数随气膜孔雷诺数Re、吹风比M、无量纲冷却通道高度h /d等参数变化的经验准则关系式。实验研究中发现:随着气膜孔雷诺数Re的增加,在主流雷诺数Re∞保持不变的工况下,流量系数逐步增加,并且随着主流雷诺数Re∞的增加,该规律保持不变,但是流量系数的绝对值随着主流雷诺数Re∞的增加而降低。随着吹风比M的变大,在给定气膜孔雷诺数Re下,气膜孔流量系数Cd逐步增大。并且当吹风比M <1时,气膜孔流量系数Cd随着吹风比M的增大而快速增大,变化明显;而当吹风比M >1时, Cd随着吹风比M的增大缓慢增加;随着h /d的减小,气膜孔流量系数Cd逐渐降低。当气膜孔雷诺数Re>9500时, h /d的变化对气膜孔流量系数Cd的影响尤为显着。本文还进一步通过CFD软件Fluent,数值模拟了实验工况下,狭小受限空间内气膜孔流量系数的变化规律,并与实验结果进行了比较,两者基本吻合。在数值计算模型和方法得到验证的基础上,数值计算中通过改变无量纲冷却通道高度h /d、吹风比M和气膜孔Re数等参数,进一步分析了受限冷却通道中,特别是气膜孔附近的流动特性和流场结构,以及气膜孔流量系数的变化趋势。计算结果表明:在相同气膜孔雷诺数Re下,Cd受吹风比M的影响较大,并随吹风比的增大而增大,在吹风比M <1的工况下,其影响尤为明显;在同一吹风比M条件下,流量系数Cd随着气膜孔雷诺数Re的增大而减小,但变化的幅度不大;气膜孔雷诺数Re不变的情况下,h /d对流量系数Cd的影响比较明显,当h /d <0.75时,Cd随着h /d的减小快速降低;当h /d =0.75和h /d =1时,Cd同样随着h /d的减小而降低,但变化趋势不明显。综合本文数值模拟和实验研究结果分析表明,由于狭小受限空间( h /d <1)中,通道壁面强烈地影响了气膜孔附近的流场结构,使其流动特性显着区别于常规尺寸下的气膜出流,并导致狭小受限空间中随着吹风比M和气膜孔雷诺数Re的变化,流量系数Cd的绝对值发生了明显改变。
宋亚军, 李童, 张荻, 蓝吉兵, 谢永慧[6]2011年在《燃气轮机叶片内部扰流肋冷却方式研究进展》文中研究指明随着燃气透平转子进口温度的不断提高,燃气轮机叶片冷却日益重要。带有扰流肋的内部通道冷却是叶片冷却的一个重要部分。综述了内部扰流肋冷却的研究历程与研究现状,详细论述了静止状态下带肋内部通道的换热研究、旋转对带肋通道内换热的影响研究以及扰流肋与其他方式相结合的复合冷却研究。结论指出,在国内外静止状态下带肋通道内的换热研究已经很成熟,旋转对通道内流动与换热的影响是最近几年来的研究热点,而关于旋转状态下复合冷却方式的研究相对较少。优化旋转状态下内部肋结构和将内部扰流肋与其他冷却方式相结合的研究是今后的发展方向。
蒋谦[7]2014年在《涡轮气动二次结构研究》文中指出涡轮设计过程主要包含气动设计与结构设计,它是叶轮机械领域中的一个重要的研究方向。一个好的涡轮设计体系对推动高性能航空发动机及地面燃机发展来说具有十分重要的作用与实际意义。随着计算流体力学的不断发展,涡轮设计体系也得到了飞速发展,如今其仍然是一个具有挑战性的课题。本文对常规涡轮设计进行了基于叶片气动附属结构如翼刀、扰流柱、气膜孔、叶片弯掠等的改进。并以提高涡轮效率为目的,应用改进的涡轮设计体系中的叶片弯掠对某型1.5级涡轮叶片进行了改型,对其气动方面进行了分析研究。首先在常规设计体系的基础上,针对附着于叶栅通道的涡轮结构如扰流柱、翼刀等结构,以及对涡轮叶片进行加工譬如开槽,加气膜孔等结构,或是对叶片进行弯掠或者端壁进行凹凸设计等,对这些结构的发展过程,主要研究方向以及所得出的研究结果,按不同形式进行了分类说明并进行了系统的综述性研究。在此基础上构建出了这些不同于涡轮常规一次几何结构设计的气动二次结构设计体系。最后通过采用上面所提及的气动相关气动二次结构中的主要部分,即叶片弯掠,对某型1.5级涡轮分别进行一定叶高下不同弯曲角度的正弯、反弯以及J型弯曲改型,验证其是否能达到降低损失并提高涡轮效率的目的。运用数值模拟对改型效果进行了系统性分析。研究结果表明,采用J型弯或者小角度正弯,均能使效率有了不同程度的提高,涡轮气动性能得到了提高与优化。而静叶反弯及大角度正弯却使流场恶化,涡轮气动性能降低。这也证明传统的涡轮设计体系与以先进的弯掠叶片技术为代表的气动二次结构设计体系相结合,合理控制叶栅中的涡系流动,形成叶片表面有利的边界层流动并降低二次流损失,从而形成一套高性能的涡轮设计体系。
倪萌, 朱惠人, 裘云, 许都纯, 刘松龄[8]2005年在《航空发动机涡轮叶片冷却技术综述》文中进行了进一步梳理本文综述了当前航空发动机涡轮叶片冷却技术的研究情况.着重介绍了气膜冷却、涡轮叶片内流冷却技术和气膜孔流量系数的研究进展.指出了内流冷却和外部气膜冷却相互影响,在冷却结构设计中应予以考虑。
倪萌, 朱惠人, 裘云, 许都纯, 刘松龄[9]2004年在《涡轮叶片内流冷却通道中压力系数的研究》文中研究说明本文根据相似理论,采用几何放大的模型,在流动相似的条件下,详细研究了涡轮叶片内流冷却通道在同时带肋和气膜孔出流的情况下,各流动参数、几何参数对压力系数的影响。实验在内流通道进口雷诺数为20000-80000,通道总出流比为0.3,0.45和0.6的范围内,肋高/宽比分别为1.0和2.0,肋角度分别为45°,60°,90°和120°,不同的肋与气膜孔相对位置,以及不同的通道截面形状的条件下进行。结果显示,同时带肋和气膜孔出流的内流通道中压力系数受气膜孔出流的影响很大,肋的存在也改变了内流通道的流动结构,影响了压力系数的分布,此外,通道的截面形状也是压力系数的重要影响因素之一。文章的结果对于涡轮叶片内流冷却通道的设计具有参考意义。
倪萌, 朱惠人, 裘云, 刘松龄[10]2004年在《带肋的内流通道中气膜孔流量系数的研究》文中进行了进一步梳理在根据相似理论放大的模型上,测量了带60°肋壁的内流通道中沿主流流向分布的各气膜孔的流量系数(Cd)。实验在内流通道进口雷诺数为20000～80000、通道总出流比为0.30～0.60的范围内进行,重点分析了带60°肋壁和不带肋的内流通道中来流雷诺数和总出流比对Cd的影响规律,分析了肋对气膜孔流量系数的影响,并且进行了相应的数值模拟研究。为涡轮叶片的冷却结构设计提供了依据。
参考文献：
[1]. 带肋壁与气膜孔出流通道的流动特性研究[D]. 裘云. 西北工业大学. 2003
[2]. 有肋和气膜孔出流的通道内流动特性研究[D]. 倪萌. 西北工业大学. 2003
[3]. 带肋及气膜孔的矩形通道流阻和换热研究[D]. 李广超. 西北工业大学. 2006
[4]. 涡轮叶片冷却结构传热性能的数值研究[D]. 王利平. 南京航空航天大学. 2011
[5]. 狭小受限空间内气膜孔流量系数的数值模拟和实验研究[D]. 胡博. 南京航空航天大学. 2008
[6]. 燃气轮机叶片内部扰流肋冷却方式研究进展[J]. 宋亚军, 李童, 张荻, 蓝吉兵, 谢永慧. 热力透平. 2011
[7]. 涡轮气动二次结构研究[D]. 蒋谦. 哈尔滨工程大学. 2014
[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
[9]. 涡轮叶片内流冷却通道中压力系数的研究[J]. 倪萌, 朱惠人, 裘云, 许都纯, 刘松龄. 燃气轮机技术. 2004
[10]. 带肋的内流通道中气膜孔流量系数的研究[J]. 倪萌, 朱惠人, 裘云, 刘松龄. 燃气涡轮试验与研究. 2004