叶片全表面换热系数和冷却效率的实验测量

采用瞬态液晶技术测量了涡轮导叶叶片全表面的换热系数和冷却效率.实验叶片前缘区域有5排复合角度圆柱形气膜孔,压力面有10排圆柱形孔,吸力面有2排圆柱形孔和2排扇形孔,气膜孔排由2个供气腔供气.实验叶栅由3个直叶片构成,叶栅进口雷诺数是1.1×105,前腔二次流与主流的质量流量比为5.87%,后腔为1.06%.实验测量获得了叶片表面换热系数和冷却效率的二维分布云图,结果表明:气膜孔下游的换热系数和冷却效率都较高;扇形孔下游的冷却效率比圆柱形孔的高;受叶栅通道涡的影响,吸力面气膜覆盖区域收缩,压力面气膜覆盖区域扩张;吸力面换热系数分布受气流分离和通道涡影响.

热色液晶瞬态测量全表面换热系数的技术研究

建立了基于瞬态实验技术的风洞和测试系统,用HSV色彩模型对颜色进行描述,得到颜色-温度关系;用半无限大导热理论对瞬态导热过程进行换热系数求解。测量了平板表面的换热系数分布,并与理论解进行了对比,两者相吻合。

单凹坑壁面的瞬态红外传热测量与流场显示

为了揭示凹坑冷却结构的强化传热机理,基于第三类边界条件下的一维半无限大瞬态导热模型,用红外热成像仪的瞬态测温技术和金属网快速加热技术,对矩形通道内壁面进行了瞬态传热测量,获得了光滑壁面和带有单个球面凹坑壁面的局部对流换热系数分布,并用油-粉末法对凹坑壁面进行了壁面流场显示,实验雷诺数范围1.58×104~6.36×104。实验发现凹坑强化换热与其诱导形成的涡流结构密切相关,单个球面凹坑引起的涡流可以使凹坑下游边缘附近的局部换热最大增强80%左右,凹坑下游尾迹区域的平均换热增强20%~30%。

出/入口面积相等的收缩-扩张孔气膜冷却特性

采用一种可进行全表面测量的瞬态液晶测量技术测量了一种出口面积与入口面积相等的收缩扩张形孔的气膜冷却特性,研究了动量比(0.5,1,2,4)的影响,并与传统的出口面积小于入口面积的收缩扩张形孔的气膜冷却特性进行了对比。结果表明:收缩扩张形孔射流均完全覆盖了孔下游壁面,射流的交汇以及对涡结构使得孔中心线附近区域的冷却效率较低,而孔间区域的冷却效率较高。在上游区域,孔间区域的换热系数比相对孔中心线附近区域的较高,而在下游区域,对涡结构又使得孔间区域的换热系数比相对较低。出口-入口面积比不同的两种收缩扩张形孔的冷却效率分布规律和换热系数比分布规律都比较相似,但出口-入口面积比为1的收缩扩张形孔的冷却效率以及上游区域的换热系数比的数值都相对较低。而且出口-入口面积比为1的收缩扩张形孔的流量系数明显高于出口-入口面积比小于1的收缩扩张形孔。

管内对流换热系数的瞬态测量方法

1前言 直接测定对流换热系数的方法分稳态法和瞬态法,前者对实验条件要求苛刻.近年来,瞬态法倍受人们关注”-”.Hausen和Kast’‘·”相继阐述了利用周期变化的流体温度在固体壁内的传播特性确定对流换热系数的原理,即根据流体与固体温度变化之间的相位角滞后（或振幅衰减）确定对流换热系数.Roetzel‘”提出了一套适用于任意形式周期振荡流体温度的瞬态测量方法. 对实测的流体温度波Tf（t）,利用傅里叶级数分析方法把Tf＊）展开为傅里叶级数,其一次谐波正弦和余弦函数项的系数表述为 u。——一Ill（t）Slnwtdt.u。——一11’（）cosnddt（l）则一次谐波可表达为 01。“fslflO此十贝）（2）式（2）中,振幅u;一 Vu: + ug,相位角9一 arc ig（uc/us）,一次谐波的周期 P—Zt。,角速度。一。八。2 测量基础2.1 模型A——霉壁面导热热阻 忽略管壁导热热阻,管壁的能量方程为 厂dL川t一。S叮f一几）一兄凡（几一瓦）（3）若求得的管壁周期振荡温度的一次谐波为Tw（t）一u。sinnd,则流体温度超前相位角9和振幅U;分别为 .y.,o\ It【._o\“工_P_\“ 9”sfCtg WN .Ut=U。。l---- W l e -- （4）一旦实际测得相位角差贝或振幅比ff八。,即可确定对流换热系数。;.显然,当ac《a时,管外对流换热的影响甚小.

双向扩张孔出口宽度对气膜冷却特性影响

采用窄带液晶瞬态测温技术,研究了圆柱孔和不同出口宽度双向扩张孔气膜冷却特性。主流雷诺数为6500,吹风比为1.0和2.0。双向扩张孔入口宽度为1.5倍孔径,出口宽度分别为1.5倍、2.0倍和2.5倍孔径。结果表明:吹风比为1.0时,出口宽度对气膜冷却效率和换热系数二维分布影响较小。吹风比2.0时,增加出口宽度不仅改变了气膜冷却效率和换热系数分布,还增大了径向平均冷却效率值,减小了径向平均换热系数值。双向扩张孔出口宽度增大到2.5倍孔径时,面平均冷却效率较圆柱孔增加118.2%,面平均换热系数降低14.3%。吹风比为2.0时,与圆柱孔相比,出口宽度增加逐渐改变了气膜冷却效率和换热系数二维分布。双向扩张孔出口宽度增大到2.5倍孔径时,面平均冷却效率增加了219.4%,面平均换热系数降低了27.2%。

跨音速槽道流中绝热气膜冷却效率的求解方法

跨音速流中绝热气膜冷却效率定义式中恢复温度的2种求解方法存在争议:物理法认为恢复温度为无冷实验的绝热壁温,而统计法则认为恢复温度应由2组仅冷气温度不同的实验共同确定。为研究2种方法的区别,搭建了跨音速槽道流实验台。在主流马赫数为0.85的条件下,开展了无冷和有冷的瞬态红外传热实验,其中主流总温为330 K和345 K,有冷实验中冷气温度为282 K、287 K和291 K,吹风比为1.0。结果表明:物理法与统计法所得对流传热系数基本相同;然而2种方法得到的恢复温度存在差异,使得绝热气膜冷却效率存在定性不同。

基于瞬态液晶测量技术的收缩-扩张形孔气膜冷却特性

采用一种进行全表面测量的瞬态液晶测量技术测量了新型气膜孔(收缩-扩张形孔)的气膜冷却特性,研究了动量比对冷却效率和换热系数的影响,并与传统的圆柱形孔气膜冷却特性进行了对比,结果表明:收缩-扩张形孔中心线附近区域的冷却效率相对较低,而两孔之间区域的冷却效率相对较高,与圆形孔分布规律相反;在上游区域,两孔中间区域的换热系数比相对孔中心线附近区域较高,而在下游区域,两孔中间区域的换热系数比相对孔中心线附近又较低,与圆形孔相比也有较大不同。相对于圆柱形孔,收缩缝形孔的平均换热系数比在上游较高,在下游较低;收缩-扩张形孔喷出气膜对下游壁面区域的有效覆盖率远大于圆柱形孔,其展向平均冷却效率明显高于圆柱形孔;收缩-扩张形孔在动量比为2时的平均冷却效率最高。