跨音速流动中涡轮动叶叶顶的气膜冷却特性分析

为了掌握跨音速流动中涡轮动叶叶顶气膜冷却特性,采用压敏漆测试技术来研究叶顶间隙高度和质量流量比对叶顶气膜冷却特性的影响规律。研究结果表明:在小质量流量比条件下,增加叶顶间隙高度能够有效改善叶顶中弦区域的气膜覆盖,然而当质量流量较大时,叶顶间隙高度变化对叶顶中弦区域的气膜冷却效率分布影响并不明显;在小叶顶间隙高度条件下,随着质量流量比增加,叶顶中弦区域冷气覆盖效果逐渐变差,在大叶顶间隙高度条件下,仅当质量流量比从0.1%+0.05%增加到0.14%+0.07%时,叶顶中弦区域的冷气覆盖效果才有所改善。

气膜孔形状对排孔下游冷却效率的影响

实验研究了气膜孔几何形状及吹风比对孔排下游的局部冷却效率的影响。所用孔形是簸箕形孔、圆锥形孔及圆柱形孔 ,实验的参数范围为二次流孔径雷诺数 Re=1 0 0 0 0～ 2 5 0 0 0 ,二次流吹风比 M=0 .3～ 2 .0 ,在上述范围选取了 2 6个工况分别对 3种孔形进行了实验。结果表明 :圆锥形孔、簸箕形孔及圆柱形孔的最佳吹风比分别为 1 .0 ,0 .7及 0 .5。当吹风比大于 0 .7时 。

涡轮叶片表面气膜冷却效率的实验研究

采用放大的叶片模型,利用大尺寸低速线性叶栅风洞进行实验,测量了涡轮导向叶片表面不同位置单排气膜孔的气膜冷却效率,研究了孔排位置、吹风比及来流雷诺数的影响。风洞实验段由3个叶片组成,其中中间的叶片为试验叶片,由优质木材制成。试验叶片表面上开有15排气膜孔,其中吸力面3排,前缘区6排,压力面6排。实验的参数变化范围是:基于叶片弦长的来流雷诺数250000～450000,吹风比0 5～2 5。结果表明,由于气膜孔排位置的不同,其下游冷却效率受来流雷诺数及吹风比影响的变化趋势也有所不同。

冷气流量比对三维涡轮导叶全气膜冷却效率的影响

为了研究不同主流湍流度下冷气质量流量比对三维涡轮导叶全气膜冷却特性的影响,使用热色液晶测量了在主流湍流度为1%和15%,流量比为5.5%、8.4%和12.5%下三维涡轮导叶的全气膜冷却效率分布。结果表明:在不同的叶片区域和主流湍流度下,流量比对气膜冷却特性的影响规律也有所不同;在低主流湍流度下,冷却效率整体上随着流量比的增大而升高,但是在叶片的叶尖和吸力面中截面区域冷却效率在大流量比下降低,且叶片吸力面中弦区域的冷气呈波纹状分布;高主流湍流度使冷气射流与主流之间的掺混更加剧烈,可以抑制吸力面的冷气脱离壁面且使其分布更加均匀,冷却效率随流量比增大而升高。

叶片前缘气膜冷却效率的实验研究

采用放大的半圆柱状表面模拟涡轮叶片前缘的形状，对叶片前缘多排圆柱形孔的气膜冷却效率进行了实验研究。测出了孔排区及其下游的局部冷却效率。研究了主流雷诺数及平均吹风比对冷却效率及二次流（冷气）出流轨迹的影响。实验参数范围是：主流雷诺数Ｒｅ＝４２０００～１２７０００，平均吹风比Ｍ＝０．８～２．０，测量分８个工况进行。

叶片前缘气膜冷却换热的实验研究

对叶片前缘多排圆柱形孔的气膜冷却换热进行了实验研究。测出了不发生主流侵入腔室的最小平均吹风比、孔排区及其下游的局部换热系数，并研究了主流雷诺数及平均吹风比对局部换热系数比的影响。实验参数范围：主流雷诺数Ｒｅ＝４２０００～１２７０００，平均吹风比Ｍ＝０．８～２．０，测量分８个工况进行。

孔排布局对叶片前缘气膜冷却的影响

采用放大的半圆柱状表面模拟涡轮叶片前缘的形状 ,对叶片前缘单排及两排圆柱形孔的气膜冷却效率进行了测量。试件表面交错地开有 6排孔 ,以驻点为起点 ,位置分别在± 1 5°,± 4 0°及± 60°处 ,各排孔的孔间距均为 3个孔径 ,孔轴线与表面在展向及流向的夹角分别为 30°及 90°,孔长与孔径比为 4。主要对比研究了 3种单排气膜孔不同孔排位、3种两排气膜孔不同孔排位及 1种三排气膜孔的布局对孔排下游冷却效率的影响。结果表明 :在同样二次流流量条件下 ,冷却效果好的单排孔位置依次为 60°,4 0°,1 5°,冷却效果最好的两排孔位置组合为 ( 40°,60°)。结果还表明 :在较大的二次流流量条件下 ,采用单排孔、两排孔或三排孔冷却方案对孔排下游的冷却效果影响不大 ;但在较小的二次流流量条件下 ,从冷却效果看 ,较好的孔排冷却方案依次为 :三排孔、两排孔及单排孔。实验参数范围是 :主流雷诺数 Re=4 2 0 0 0～ 1 2 70 0 0 ,平均吹风比 M =0 .5～ 2 .

气膜孔形状对流量系数影响的实验研究

实验研究了气膜孔几何形状、二次流雷诺数及吹风比对流量系数的影响。所用孔形是簸箕形孔、圆锥形孔及圆柱形孔；实验的参数范围为二次流雷诺数Ｒｅ＝１００００～２５０００，二次流吹风比Ｍａ＝０．３～２．０，在上述范围选取了２６个工况分别对三种孔形进行了实验。得出了吹风比是影响各种孔形流量系数的重要参数及圆锥形孔流量系数最大的结论。

气膜孔形状对排孔下游换热的影响

实验研究了气膜孔几何形状、二次流雷诺数及吹风比对孔排下游的局部换热系数的影响。所用孔形是簸箕形孔、圆锥形孔及圆柱形孔 ;实验的参数范围为二次流孔径雷诺数 Re=1 0 0 0 0～ 2 5 0 0 0 ,二次流吹风比 M=0 .3～ 2 .0 ,在上述范围选取了 2 6个工况分别对 3种孔形进行了实验。

孔位对涡轮叶片表面气膜冷却换热系数的影响

采用放大的叶片模型,利用大尺寸低速线性叶栅风洞进行实验,测量了涡轮导向叶片表面不同位置单排气膜孔喷射时下游的换热系数,研究了孔排位置、吹风比的影响.风洞实验段由3个叶片组成,中间的叶片为试验叶片,由优质木材制成.试验叶片表面上开有15排气膜孔,吸力面3排,前缘区6排,压力面6排.实验中吹风比的变化范围是0.5～2.5.研究结果表明:由于气膜孔排位置的不同,喷气对换热系数的影响范围不同,换热系数受吹风比影响的变化趋势也有所不同.

簸箕形排孔气膜冷却实验研究

对五孔单排簸箕形孔气膜冷却进行了实验研究。测出了孔排下游的局部换热系数及冷却效率，并研究了喷气雷诺数及吹风比的影响，实验参数范围是：喷气雷诺数Ｒｅ＝１００００～２５０００，吹风比Ｍ＝０．３～２．０，测量分２６个工况进行。

几何结构对后台阶缝隙气膜冷却效率的影响

针对涡轮叶片尾缘冷却结构特点,建立了后台阶三维缝隙结构气膜冷却特性试验台,测量了缝隙中心和肋中心下游气膜冷却效率的局部分布,研究了不同几何结构的影响,其中缝宽-肋宽比的变化参数是0.67,1.0及1.5,唇厚-缝高比的变化参数是0.5,1.0及1.89。试验结果表明:(1)缝隙中心下游的冷却效率沿流向呈逐渐下降趋势,肋中心下游的冷却效率呈先增加后下降的趋势;(2)缝宽-肋宽比对下游冷却效率有较大的影响,缝宽-肋宽比越大,冷却效率越高;(3)唇厚-缝高比增加时,缝隙下游的冷却效率呈增加趋势;肋后冷却效率随唇厚-缝高比增加在x/H<4的区域呈减小趋势,在x/H>4的区域呈增大趋势;(4)三维掺混区随着缝宽-肋宽比的减小呈减小趋势,随唇厚-缝高比越大,成增大趋势。

液晶瞬态技术测量带侧向流扰流柱通道端壁换热

采用热色液晶瞬态测量技术测量带侧向流扰流柱通道端壁全表面换热系数的分布，研究了侧流比及雷诺数对换热的影响，其中，侧流比为0．25～1．0，雷诺数为3×10^4～9×10^4。结果表明：（1）侧流比对扰流柱通道的流动形态及端壁换热有重要影响；（2）存在一个临界侧流比，在临界侧流比以下，流动形态沿主流方向呈错排流状态；在临界侧流比以上，流动形态沿侧流方向呈错排流状态；在临界侧流比附近，流动为顺排流动状态，方向在主流和侧流方向之间；（3）侧流比较小或较大时，扰流柱通道端壁换热较强；在临界侧流比附近，换热相对较弱。

多孔隔热壁温度场气动传热耦合计算方法

研究了燃烧室多孔隔热壁温度场气动传热藕合计算新方法。特点是综合应用工程热力学、空气动力学、传热学(包括导热、对流换热及辐射换热)的基础理论,结合数值传热学的理论和方法,考虑了压力(压差)、流速(流量)、温度(温差)及热量等诸多参数的相互耦合影响的关系,包括气膜孔内壁与冷气对流换热的影响。所发展程序在给出燃烧室进出口必要的气动参数后,即可直接计算出带环状缝隙及多个气膜冷却孔的燃烧室隔热壁温度场。

不同直径及形状的短扰流柱群的流阻及换热

采用放大的模型对装有五排短扰流柱的涡轮叶片尾缘的冷却通道的流阻特性及通道端壁表面上的局部换热系数进行了测量 ,重点研究了扰流柱直径及形状的影响。结果表明 :(1 )扰流柱直径越大 ,压力损失系数越大。在相同条件下 ,圆柱形扰流柱排的压力损失系数要大于圆锥形扰流柱排的压力损失系数 ;(2 )圆柱形扰流柱排内的换热强化系数的增长速度比圆锥形扰流柱排要快 ,而且达到的最大值也较大。扰流柱直径越大 ,在相同的局部位置处换热强化系数越大 ;(3 )当扰流柱直径增加时 ,其阻力的上升要比换热的上升快的多。与圆柱形扰流柱相比 。

双排簸箕形孔气膜冷却效率及其叠加算法

对双排错排簸箕形孔气膜冷却效率进行了实验研究,测出了孔排下游的局部冷却效率的分布。对比研究了单排孔与双排孔气膜冷却效率分布的特点及双排孔气膜冷却效率的叠加算法。结果表明,在单排孔条件下所确定的最佳吹风比,在多排孔喷射时是不适用的。在较高吹风比下,如采用传统的气膜冷却效率的叠加算法,根据单排孔冷却效率计算双排孔冷却效率会产生很大的偏差,其计算结果远低于试验值。给出了双排错排的簸箕形孔的喷射时,冷却效率的叠加计算关系式。

气动参数对后台阶三维缝隙气膜冷却效率的影响

针对涡轮叶片尾缘冷却结构特点,建立了后台阶三维缝隙结构气膜冷却特性试验台,测量了缝隙中心和肋中心下游气膜冷却效率的局部分布,研究了气动参数变化对冷却效率的影响,其中基于缝高的二次流雷诺数变化范围是5 000~15 000,吹风比变化范围是0.5~2.0。试验结果表明:(1)二次流雷诺数对下游冷却效率的影响较小,对三维掺混区域的范围影响也不大;(2)吹风比对冷却效率有较大影响,总体上冷却效率随吹风比增大而降低;(3)吹风比对三维掺混区的范围及三维掺混的特征均有较大影响,吹风比较低时,二次流向两侧肋后区域的流动扩散性较好,有利于提高整个被保护面的冷却效率,吹风比较高时,二次流向两侧肋后区域的流动扩散性较差,造成肋后区域冷却效率较低。

来流湍流度及端壁效应对涡轮叶片上对流换热的影响

利用大尺寸低速开式叶栅风洞对涡轮叶片表面的对流换热进行了实验测量，叶片高度方向布置了３个测量位置，距端壁距离分别为５ｍｍ，３０ｍｍ及１５０ｍｍ。重点对比研究了高来流湍流度、端壁效应及来流雷诺数对涡叶片中部及根部区的过渡起始点、过渡区长度及换热的影响。实验参数范围是：来流湍流度Ｔｕ＝０．７５～１３．５％，来流雷诺数Ｒｅ＝６００００～２４００００。

非定常尾迹对涡轮叶片换热影响的数值模拟

通过引入非定常尾迹诱导过渡的时间平均间歇因子的概念，提出常规过渡的起始点位置和尾迹诱导过渡起始点位置的算法，实现了对非定常尾迹影响下涡轮叶片上时间平均换热的数值模拟。结果显示，无论在叶片吸力面还是压力面，计算与实验符合均很好。

锥形排孔气膜冷却实验研究

对五孔单排锥形孔气膜冷却进行了实验研究，测出了孔排下游的局部换热系数及冷却效率，并研究了喷气雷诺数及吹风比的影响。实验参数范围是：喷气雷诺数Ｒｅ＝１００００～２５０００，吹风比Ｍ＝０．３～２．０，测量分２６个工况进行。