涡轮工作叶片不同区域簸箕形孔的气膜冷却特性实验

采用压敏漆(PSP)技术实验研究了簸箕形孔在涡轮工作叶片吸力面和压力面不同位置的气膜冷却效率分布特性,分析了吹风比(吹风比为0.5、1.0、2.0)和湍流度(湍流度为0.62%、16.0%对气膜冷却效率的影响规律。实验结果表明:吸力面和压力面上的簸箕形孔最佳吹风比分别在M=1.0和M=2.0附近,吸力面上的簸箕形孔在低湍流度和中等吹风比(吹风比为1.0)下具有较高的气膜冷效,压力面上的簸箕形孔在高吹风比和高湍流度下具有更大的气膜覆盖面积和气膜冷效;吸力面的气膜覆盖面积和展向平均气膜冷效整体显著高于压力面,压力面曲率较大处的簸箕形孔气膜冷效最差。湍流度对气膜冷效的影响程度与吹风比相当;湍流度增强使得压力面气膜冷效降低,但提高了吸力面在高吹风比下的气膜冷效,同时降低了吸力面气膜冷效对吹风比变化的敏感性。

基于选区熔化制造工艺的涡轮预旋喷嘴结构优化设计与有限元分析

为实现减轻航空发动机涡轮预旋喷嘴重量、缩短制造周期,根据涡轮预旋喷嘴组件的结构和加工特性,基于选区熔化制造技术(SLM)对其进行适应增材制造工艺的结构优化设计,并对预旋喷嘴的增材制造过程进行有限元分析,探究预旋喷嘴的最优成型方向和在增材制造中的变形情况。后期制造表明,通过SLM增材工艺的预旋喷嘴结构优化设计,可获得17.08%的轻量化效果,缩短了制造周期,达到轻量化的目的。

带有非定常气膜出流的涡轮外环内部冲击换热的数值研究

为了研究涡轮外环外部非定常压力波动对内部射流冲击流动换热特性的影响,采用非稳态雷诺平均的数值模拟方法获得了正弦型气膜出流压力脉动参数(波动频率和幅值)对冲击靶面换热特性的影响规律。计算表明:正弦型气膜出流压力能诱导产生相同频率不同相位的正弦型冲击入口压力和进、出口质量流量;随着气膜出口压力的波动频率增大,冲击入口压力和进、出口质量流量的波动范围不断减小,而靶面瞬时平均Nu的波动范围先减小后增大;增大出口压力振幅能增大进口压力、进出口质量流量和靶面瞬态换热的波动范围,不改变相位分布。

几种带冷却结构的双层管换热及流动对比

对相同质量流量下的光管、双层光管、带冷却结构(肋、扰流柱、凹坑、螺旋通道)的双层管等不同结构的管流动进行了流固耦合三维数值模拟,获取了固体壁温的分布特征;对各结构下,外层壁冷热侧温差、冷气温升、流动特性及综合换热效率进行了研究分析。研究结果表明:相同质量流量下,带螺旋通道双层管的外层壁冷热侧温差最小、综合换热效率最高;凹坑结构双层管与双层光管的流动及换热特性相似,流阻较小但换热效果也较差;扰流柱和肋结构双层管的流动换热特性相近,其温度分布均匀性、换热量介于双层光管和螺旋通道双层管之间,其流阻大且综合换热效率低。

1.5级涡轮实验台前腔燃气入侵实验

在1.5级涡轮实验台上,针对不同转速和不同封严质量流量,分别采用稳态压力测量、瞬态压力测量和二氧化碳体积分数法对燃气入侵现象进行了实验研究,以确定不同工况下主流的动静叶相互作用对燃气入侵的影响以及入侵到盘腔的燃气在腔内与冷气的掺混过程.结果表明:静叶后的时均压力在周向有明显的周期分布,部分区域封严环外的压力高于腔内压力,且随着封严质量流量增加,这一区域逐渐缩小;动叶扫掠带来同频率的压力波动,对于燃气入侵的发生有着重要的影响;通过二氧化碳体积分数实验获得了最小封严质量流量,并得到在封严质量流量不足情况下燃气沿着静盘侧入侵盘腔的结果.