不同排列方式多斜孔壁气膜冷却绝热温比研究

采用传热传质类比方法实验研究了４种孔阵排列方式（顺排、叉排、顺排＋复合角及叉排＋复合角）下多斜孔壁气膜冷却绝热温比。小孔与壁面夹角为３０°，复合角为４５°，孔阵排距比８．０，侧向间距比４．０，吹风比为１．９４。比较了各排列方式孔阵绝热温比的分布规律，得出了较优的孔阵排列方式。

不同倾斜角多斜孔壁冷却方式绝热温比研究

对具有不同倾斜角多斜孔壁冷却方式绝热温比进行了研究。研究方法为传热传质类比实验方法。多斜孔壁由多斜孔试验板模拟。多斜孔试验板中小孔方向与主流夹角为０°，小孔与板表面夹角分别为３０°，４５°及１５０°。各多斜孔板的孔排距比与孔间距比保持一致。实验结果反映了不同孔倾斜角对多斜孔壁冷却方式气膜绝热温比的影响。并讨论了在航空发动机中采用多斜孔壁冷却方式时选择孔倾角的考虑。

孔阵排列和偏转角对多斜孔壁火焰筒冷却效果的影响研究

为了研究火焰筒上孔阵排列和偏转角对多斜孔壁冷却效果的影响规律,将多斜孔壁冷却结构应用到航空发动机的燃烧室火焰筒壁上,通过数值模拟研究了不同孔阵排列和不同偏转角的共6种多斜孔结构对火焰筒壁的冷却效果,包括有效温比和对流换热系数的比较。结果表明:在燃烧室上,孔阵排列对多斜孔壁冷却效果的影响与平板模型的规律一致,叉排孔阵排列优于顺排孔阵排列,孔排周向位移找到了冷却效果较好时的孔排周向位移值;在火焰筒前端,偏转角的选取应考虑到旋流器对流场的影响,而在火焰筒后端,偏转角为0°的冷却效果较好。

孔排布方式对多斜孔壁火焰筒传热特性影响的数值研究

为了探寻高效的冷却技术,将多斜孔壁冷却结构应用于燃烧室火焰筒中,在实际工作条件下,对三种孔排布方式的火焰筒冷却特性进行了数值模拟。研究了斜排孔阵的周向偏移量H相对周向孔间距p的变化(模型A:H/p=0.2;模型B:H/p=0.4;模型C:H/p=0.5)对冷却特性的影响。计算结果表明,在燃烧室进口条件相同时,H/p的变化对总冷却用气量的影响很小,但对火焰筒的传热特性有明显影响,模型C的冷却效果优于模型A和B,并且火焰筒出口的温度分布不均匀系数ε较小。

多斜孔壁整体冷却效率实验研究

采用近似模化技术，研究了多斜孔壁的整体冷却效率。试验了五种多斜孔壁结构形式，探讨了影响整体冷却效率的各种因素。研究结果表明：多斜孔壁绝热温比、多斜孔内部对流换热以及几何结构是影响该冷却方式的关键因素。本研究对多斜孔壁冷却形式的设计和优选，尤其在几何结构参数的确定方面，具有重要意义。

多斜孔壁冷却方式不同进气角度小孔内对流换热研究

研究了多斜孔壁冷却方式中三种不同进气角度小孔内部对流的局部和平均换热情况。方法是相似理论指导下的实验研究。结果表明：三种进气角度的小孔在孔进口区的换热增强幅度都较大，并且在进口区不同位置增幅差别都很大；三种小孔在相对应的孔内位置上，换热增强差别亦很大。孔内雷诺数对换热增强幅度影响很大，孔内雷诺数越高，换热增强越大。

燃烧室多斜孔壁传热特性一维数值分析

针对高温升燃烧室多斜孔壁冷却结构设计需求,发展了一套用于多斜孔壁流动与传热特性预估的一维程序,计算了沿程气流压力、流量系数的变化,以及其对流动与换热特性的影响,进一步结合多斜孔壁换热准则式,求解多斜孔壁的换热特征沿程分布。程序充分考虑了多斜孔壁热侧、冷侧和多斜孔孔内气流与壁面的对流换热、壁面导热及辐射换热的耦合影响。在保证计算精度的条件下,缩短了计算时间,为工程初期设计提供了有效工具。

冲击多斜孔壁中冲击孔与多斜孔相对开孔位置对换热特性的影响

用数值计算的方法研究了冲击多斜孔壁复合冷却中冲击孔与多斜孔相对开孔位置变化对换热特性的影响。研究发现,随着冲击孔与多斜孔偏距位置变化,两壁狭缝中冲击效果变化显著,多斜孔冷侧壁面冲击换热系数分布规律发生相应变化。偏距位置的变化会使得冲击孔两侧多斜孔抽吸作用不对称,导致位置较近的多斜孔侧涡漩难以形成,削弱了换热效果。当多斜孔在冲击孔两侧对称分布时,总体换热效果较好;而非对称分布时,有利于局部换热增强。

多斜孔壁的非均匀孔排布优化设计及传热特性数值分析

为解决多斜孔壁应用于实际燃烧室时容易出现前端冷却效果较弱的问题,采用多斜孔非均匀孔排设计,对壁面前端的开孔分布规律进行了重点优化,采用数值模拟方法研究了不同孔排规律对冷却效果的影响。结果表明,非均匀孔排布设计可使流量分配规律得到优化,挖掘了壁面后端冷却气的冷却潜力,改善了壁面温度的均匀性,且控制在材料许用温度范围内;轴向温度梯度有所减小,同时冷却空气量明显减少;在开孔面积一定的前提下,采用增加孔数,减小孔径的方式能获得较佳的冷却效果。

多斜孔壁与阶梯多斜孔壁流动与换热特性数值比较

将阶梯孔结构引入燃烧室多斜孔壁冷却结构中,形成阶梯多斜孔壁冷却结构,在多斜孔壁内部形成冲击冷却。研究表明:引入阶梯孔结构后,在阶梯孔台阶面处产生冲击冷却,斜孔内壁对流换热量增大,壁温明显降低;台阶的存在产生明显节流效果,流量系数减小,冷却流量降低。

多斜孔壁与机加环气膜冷却燃烧室的壁面换热特性数值研究

数值研究了在燃烧室实际工作条件下,多斜孔壁冷却燃烧室和机加环气膜冷却燃烧室的流动、换热特性,比较分析了内、外壁温度场以及冷却流量的变化.研究发现,采用多斜孔壁后,壁面冷却效果得到强化,相比机加环气膜冷却燃烧室,燃烧室前段壁温略有升高,而后段受到气膜冷却效果增强的影响,壁面温度有所降低,壁面温度梯度明显减小.流量系数明显减小,冷却空气量降低23%,用于组织燃烧用气量增加.多斜孔壁冷却技术可以为高温升燃烧室的发展提供有效的冷却技术.

冲击加多斜孔双层壁冷却方式流量系数研究

为了获得冲击加多斜孔双层壁冷却方式的流量系数 ,分别对两种孔排列方式的冲击和多斜孔实验板组合成的四组双层壁模型在相似理论指导下进行实验。研究压力参数从 0变化到 80时 ,流量系数的变化情况。另外讨论并分析了主流流量、孔排列方式、双层壁缝高的变化对流量系数的影响程度。为燃烧室设计和壁温预估提供依据。

多斜孔气膜冷却传热特性数值研究

对三种不同结构的多斜孔气膜冷却结构进行了数值研究。多斜孔均为叉排结构,斜孔与平板表面夹角均为30,°重点研究了不同相邻孔间距与孔径比Pm/dm(3.0～5.0)和不同吹风比M(0.5～1.5)对热侧壁面绝热温比和换热系数的影响规律。

火焰筒壁高温区与近壁区流场的数值模拟研究

航空发动机火焰筒的大孔包括主燃孔和掺混孔,将多斜孔壁冷却方式应用到真实环形燃烧室的火焰筒壁上,运用CFD软件,通过数值模拟的方式,计算研究整个燃烧室的温度分布,特别考虑了火焰筒壁温的分布,对近壁区的流场进行计算研究。研究分析表明:内外环壁热侧大部分区域温度都保持在1 000 K～1 100 K,在材料的长期许用温度范围内;同时针对外环壁主燃孔和掺混孔附近的局部高温点,提出冷却方案,改善了近壁区的流场分布,对改善高温点起到了很好的效果,最大幅度降低达13.2%,壁面温度更加均匀,对降低热应力水平,延长火焰筒使用寿命有利。