涡轮叶片尾缘复合通道的流动与换热

实验研究了涡轮叶片尾缘带纵向隔板内冷通道的流动与换热特性.采用相变加热的方法为实验提供了等壁温边界条件,模型实验件采用了扰流柱和微小通道结构,并且分别与直隔板和波形隔板进行组合实验,以期望得到综合换热效果最优的组合.为了获得通道的局部换热信息,实验件的一侧外壁面被细分成了10个集水区域分别进行研究.结果表明：当Re在10 000~60 000之间时,综合换热效果最差的是直隔板加光通道的组合结构,综合换热效果最佳的是波形隔板加微小通道的组合结构.

涡轮叶片尾缘通道中纵向肋对换热特性的影响

采用冷凝水蒸汽的实验方法,测量三种不同类型纵向肋对叶片尾缘通道的换热影响.系统的研究了孔径为2.6 mm的带孔平肋,波峰孔径为3 mm、波谷孔径为2.2 mm的波浪肋,和不带孔平肋之间的换热和流阻比较,实验结果表明:当Re<20 000时,波浪肋的换热优于带孔平肋,当Re>50 000时,波浪肋换热不及不带孔平肋.且波浪肋流阻远低于不带孔平肋和带孔平肋.

涡轮叶片尾缘偏劈缝结构二维模型的冷却研究

对叶片尾缘偏劈缝冷却结构的流动与换热进行了二维的数值模拟,研究了涡轮叶片尾缘无量纲长度L/H(即尾缘长度与冷气 流出口的高度比)、偏劈缝喷射角α、吹风比M及Reynolds数(Re)对涡轮叶片尾缘平均冷却效果的影响。

涡轮叶片尾缘针肋的换热研究

以涡轮叶片尾缘中针肋通道的换热为研究对象,讨论并计算出了一定条件下获得最大针肋通道换热量时针肋的形状曲线和换热优势,系统分析了这种拥有最佳形状曲线针肋的通道散热量随针肋物性参数及几何特征变化的规律.

涡轮叶片尾缘微小尺度冷却通道的流动与换热特性研究

为了研究小型航空发动机涡轮叶片尾缘的新型冷却方案,应用数值模拟的方法,对不同尺度及克努森数下的冷却结构的流动及换热特性进行了研究。计算并比较了不同条件下冷却结构的总压系数、换热系数及综合冷效。

航空发动机涡轮叶片尾缘楔形通道交错肋冷却实验

为研究涡轮叶片尾缘部分楔形通道交错肋流动传热性能,对其进行实验研究.实验应用瞬态液晶测试技术,对比研究了交错肋上、下主表面的局部传热特性,同时用压力扫描阀测得不同雷诺数下的通道压力损失.研究结果表明:尾缘段转折流动配置下,楔形通道交错肋上、下主表面传热差异显著,下主表面平均努塞尔数比上主表面平均高30%以上,尾缘楔形通道内交错肋结构主表面平均换热系数高出针肋结构约46%;交错肋上、下通道之间的交界面处存在强烈的质量交换作用,上、下主表面间断性的高换热区与上、下通道交界面呈现对应关系;随入口雷诺数的增加,通道压降快速增大.楔形通道交错肋压降是针肋的5~7倍,但其换热面积高出针肋107.4%,仍比针肋冷却增加约66%的综合换热性能.

尾缘对开缝喷气对栅后二次流发展的影响

采用数值模拟手段研究了涡轮叶片尾缘对开缝喷气栅后二次流的影响 ,给出了在设计工况下有、无喷气时栅后二次流影响。结果表明 ,喷气对栅后涡的形成和发展影响不大 ,而使主流区径向分量较大的区域产生漂移 ,并使该区域的二次流结构发生变化。

直肋对扩张型尾缘半劈缝气膜冷却特性影响的实验研究

为探究布置直肋扰流结构的尾缘半劈缝冷却结构的气膜冷却特性,分别采用压力敏感漆技术和瞬态热色液晶技术研究了直肋对扩张型尾缘半劈缝表面的绝热气膜效率和对流换热系数的影响,详细对比分析了吹风比及直肋宽度对三种不同扩张型半劈缝表面的气膜冷却特性。实验结果表明:直肋的加入对小扩张型半劈缝表面的气膜覆盖产生了不利影响,但仅限在小吹风比工况;而直肋对大扩张型半劈缝表面的气膜覆盖有略小的促进作用,但其绝热气膜效率始终低于小扩张型半劈缝表面。肋宽对半劈缝表面的换热增强大小受半劈缝表面形状影响,随着半劈缝表面扩张程度的增大,宽直肋结构的高换热优势逐渐超越窄直肋结构。直肋型尾缘半劈缝冷却结构可有效提升1.45~2倍的壁面热流密度,小吹风比工况时宜选用带有窄直肋的扩张程度较小的半劈缝表面结构,而大吹风比时宜选用带有宽直肋的扩张程度较大的半劈缝表面结构。

截面形状对旋转扰流柱通道流动换热特性的影响

为合理设计航空发动机涡轮动叶尾缘冷却结构,采用ANSYS FLUENT软件模拟了四种扰流柱截面形状在旋转状态下的流动换热特性。对比分析了不同旋转数(Ro)和不同扰流柱截面形状时通道内部的三维流场分布、湍流动能分布、努塞尔数(Nu)分布以及阻力系数。其中扰流柱的截面形状包含圆形、菱形、矩形和椭圆形,Ro数包含0、0.2、0.4和0.6四种数值。模拟过程中通道入口雷诺数为7000,壁面恒定热流为1000 W/m^(2)。结果表明,截面形状和旋转数对流动和换热状态有着显著影响,矩形扰流柱通道的换热系数和阻力系数最高;随着旋转数的增加,迎风面和背风面的换热系数差异逐渐增大;在旋转作用下,扰流柱尾缘区域出现了纵向二次流,该二次流显著破坏了壁面附近的边界层,有利于背风面换热增强。

紧凑凸肋通道对尾缘劈缝气膜冷却特性的影响

以稳态压敏漆技术和瞬态热色液晶技术为测量方法,实验研究了尾缘区域凸肋内冷供气通道对外部气膜冷却特性的影响,详细对比分析了直肋间距和吹风比对尾缘劈缝扩张表面的气膜冷却效率、对流换热系数和劈缝流量系数的影响,并引入热流密度比来衡量对比紧凑凸肋通道对劈缝表面的综合冷却效率增强性能。实验结果表明:劈缝流量系数受吹风比的影响较小,随肋间距的增大而减小;凸肋通道明显加强了射流的混乱程度,导致其与主流掺混程度加剧,降低了劈缝表面远下游区域的气膜冷却效率,小肋间距结构气膜冷却效率略高于大肋间距结构,随着吹风比的增大,凸肋通道结构与基准结构的气膜冷却效率差异减小;凸肋通道结构可提升基准结构缝出口区域的低换热性能,尤其对于小肋间距结构,大吹风比时,缝出口的换热核心区沿流向延伸效果增强;具有小肋间距的凸肋通道对尾缘劈缝的综合冷却性能有促进作用,其中肋间距p/h=4结构可提升15%~20%的综合冷却性能,而大肋间距结构明显降低了基准结构的综合冷却性能。