收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

单排气膜和多孔全覆盖气膜冷却研究

杨成凤  
【摘要】: 气膜冷却在现代燃气轮机火焰筒和涡轮叶片等热端部件冷却结构中具有十分重要的作用。尽管国内外针对气膜冷却已经开展了大量的研究,但进一步提高气膜冷却的性能仍然是一个富于挑战和创新的研究课题,其核心问题在于降低气膜出流向主流的穿透率、增强气膜出流在扩展区域扩散的覆盖面积。本文围绕提高气膜冷却效率的研究目标,研究内容包含两个方面:其一,针对单排气膜孔冷却结构,提出一种在气膜孔前缘设置异形突片改善气膜冷却效率的技术途径,通过数值和实验研究分析和探讨气膜孔前缘设置异形突片结构的流动传热特性,揭示其强化冷却的物理特征;其二,针对多孔全覆盖气膜冷却结构,通过多孔壁内外流耦合条件下的流动传热特性数值研究和实验验证,系统研究气膜孔排布方式、开孔率和吹风比等因素对于多孔全覆盖气膜冷却特性的影响规律,探讨气膜孔排布方式的优化方案。 对气膜孔前缘异形突片影响气膜出流流动和冷却效果的机制进行了研究。研究结果表明,气膜孔前缘异形突片改变了气膜出流的速度剖面特征,一方面沿流向的峰值速度增加,另一方面,峰值速度对应的壁面法向距离减小。体现了突片不仅具有抑制气膜出流向主流穿透的作用,而且具有提高气膜出流的展向覆盖和向下游延伸的能力。因此,与常规圆柱形气膜孔相比,带前缘异形突片的圆柱形气膜孔能够有效改善气膜绝热冷却效率。 对带有前缘异形突片气膜冷却结构的流动换热特性进行数值模拟研究和实验研究,总结归纳出异形突片结构参数在不同吹风比下对气膜绝热冷却效率、对流换热系数和流量系数的影响规律。研究结果表明,在适当的突片堵塞比范围内,随着吹风比和堵塞比的增大,突片抑制气膜出流穿透的作用增强,有利于提高气膜的绝热冷却效率;但堵塞比过大也会引起孔口附近流场的严重分离,主次流掺混加剧,从而使气膜绝热冷却效率恶化。因此在不同的吹风比下存在着最佳堵塞比,一般来说,小吹风比工况对应的最佳堵塞比较小,随着吹风比增大,最佳堵塞比也随之增大。随着突片堵塞比的增大,对流换热系数增大,流量系数减小。 开展了气膜孔前缘异形突片与后缘扩展型面的匹配研究,揭示了突片作用下的扩展型气膜孔冷却结构的流动特征和对流换热特性,并分析和归纳了异形突片和扩展孔结构参数对气膜绝热冷却效率、对流换热系数和流量系数的影响规律。研究结果表明,改变气膜孔扩展型面的流向扩展角和展向扩展角同样可以使气膜出流卵形涡对重新排布,从而改善气膜绝热冷却效率,流向扩展角的影响程度要大于展向扩展角。前缘异形突片与后缘扩展型面有一定的匹配原则,对于展向扩展角比较大的气膜孔,异形突片提高气膜绝热冷却效率的作用明显;对于只有流向扩展角的气膜孔结构,在气膜孔前缘放置突片并不一定具有改善气膜绝热冷却效率的作用。 通过数值模拟方法,对多孔全覆盖气膜冷却方式的气膜绝热冷却效率、热侧和冷侧对流换热系数以及流量系数进行了研究,归纳了气膜孔排布方式、开孔率、吹风比等因素对于多孔壁流动特性和冷却特性的影响规律。研究结果表明,气膜孔阵列超长菱形排布是较优的排布方案,在该排布方式下,气膜出流向主流的穿透相对较弱,气膜沿展向的覆盖率也较高;吹风比是影响热侧和冷侧对流换热系数的最主要因素,随着吹风比增加,热侧和冷侧对流换热系数均呈现增大的趋势。依据多孔全覆盖气膜冷却的气膜出流叠加和发展特征,提出了气膜充分发展的概念,获得了气膜出流达到充分发展所对应的孔排数以及相应的绝热冷却效率关联式,并对主次流温度比的影响进行了修正。 开展了多孔全覆盖气膜冷却综合冷却效率的数值研究和实验验证,分析了气膜孔的孔径、开孔率和孔阵排布方式等几何参数以及吹风比对多孔壁综合冷却效率的影响规律。研究结果表明,气膜孔排布方式对综合冷却效率的影响规律与绝热冷却效率的基本一致,超长菱形排布仍然是较优的排布方案。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 金捷,马继华,金如山;燃烧室室壁冲击/气膜复合冷却壁温分布研究(二)理论部分[J];推进技术;1994年02期
2 金捷,马继华,金如山;燃烧室室壁冲击/气膜复合冷却壁温分布研究 (一)实验部分[J];推进技术;1994年01期
3 蔡金琦;气膜减阻快艇的研究[J];江苏船舶;2000年06期
4 肖开政;;圆棒铸造平台的油气润滑系统[J];流体传动与控制;2009年01期
5 盛荣根;臌膜气囊的试验[J];起重运输机械;1981年01期
6 赵翔,刘政华,陈国法,赵培炎;气体动压轴承动态参数测定原理[J];中国机械工程;1993年04期
7 蔡金琦;船舶薄层气膜减阻技术的试验和应用[J];中国造船;2000年03期
8 於方,贾志绚,王鹰;气垫带式输送机气膜厚度的计算[J];太原重型机械学院学报;2001年01期
9 李锋,张青藩,何家德,王民升;离散孔板冷却效率及其换热规律的研究[J];航空动力学报;1997年01期
10 王晓涛;气垫式胶带输送机气膜的形成及其影响因素[J];芜湖职业技术学院学报;2000年03期
11 郎毅翔,高敏;气膜带式调偏机形成均匀稳定气膜的布孔研究[J];矿山机械;2004年05期
12 郎毅翔,张海波,赵立华;应用气膜调整输送机胶带跑偏的研究[J];矿山机械;2000年05期
13 张新宇,陈忠基,姚瑶,张文洁;气浮探头气膜流场的有限元数值模拟[J];鞍山科技大学学报;2005年Z1期
14 张鸿兴,冯懿治;用多层气膜提高精密轴系的精度[J];机械设计与研究;1986年05期
15 徐国文,张成芳,钦淑均,朱炳辰;填料塔气液传质参数研究(Ⅱ)──气膜传质系数[J];化学工程;1996年01期
16 赵培炎,刘政华,陈国宏,赵翔;气体动压轴承气膜刚度测试系统[J];航空精密制造技术;1994年03期
17 张大有;关于 Air cavity craft 的研究及关键技术分析[J];武汉造船;1997年05期
18 孟祥泰,刘高恩;燃烧室掺混气流与缝槽气膜相互作用初步研究[J];航空动力学报;2000年01期
19 吴宏伟,丁水汀,曹玉璋,陶智;旋转平板型叶端气膜冷却实验研究[J];北京航空航天大学学报;2001年05期
20 朱学毅,谷云彪,颜明;静电陀螺转子气浮法静平衡检测的气膜分析[J];中国惯性技术学报;2001年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 常强;那向谦;;建筑中的双气膜结构[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
2 陈涛;李高基;金善孝;;连铸结晶器浸入式水口吹氩技术水模型研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
3 韩伟;何业东;王德仁;薛润东;高唯;;阴极气膜微弧放电沉积ZrO_2-Y_2O_3陶瓷涂层[A];腐蚀与防护青年学者走入宝钢学术交流论文集[C];2004年
4 于贺春;马文琦;王祖温;;环面节流静压气体圆盘止推轴承基于FLUENT的二维流场仿真分析[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
5 李枚;商顺昌;;微结构加速度开关动态特性参数研究[A];中国惯性技术学会光电技术专业委员会第四次学术交流会暨重庆惯性技术学会第八次学术交流会论文集[C];2000年
6 郭良斌;王祖温;;环面节流静压圆盘止推气体轴承的动特性计算[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年
7 徐宏;;间隙补偿式闭式气浮导轨性能的分析研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
8 陈志;;干气密封的工作原理及设计计算[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
9 刘敦;刘育华;;气体静压轴承的精确计算[A];摩擦学第三届全国学术交流会论文集流体润滑部分(Ⅱ)[C];1982年
10 杨卫华;曹俊;宋双文;张靖周;;弯曲段壁面冲击发散冷却特性的实验研究[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨成凤;单排气膜和多孔全覆盖气膜冷却研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 程常桂;气膜软接触连铸技术的基础研究[D];上海大学;2003年
3 李兰;连续波DF/HF化学激光器增益发生器结构与运转模式数值模拟研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 李彬;冲击—致密微孔浮动壁火焰筒冷却研究[D];南京航空航天大学;2008年
5 秦冬黎;一种球形气浮气动陀螺仪的设计方法及误差分析研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
6 蒋雪辉;非定常尾迹对气膜冷却影响的研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2004年
7 陈策;轴承—转子系统非线性动力学行为及其耦合调频技术研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
8 陈凯;燃气涡轮冷却结构设计与气热弹多场耦合的数值研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 陈凯;燃气涡轮冷却结构设计与气热弹多场耦合的数值研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 向安定;涡轮叶片型面气膜冷却的研究[D];西北工业大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯声源;考虑热效应的弹性梁/挤压气膜系统动力特性分析[D];华中科技大学;2009年
2 冯声源;考虑热效应的弹性梁/挤压气膜系统动力特性分析[D];华中科技大学;2009年
3 呼艳丽;高效涡轮铸冷工作叶片冷却设计[D];电子科技大学;2010年
4 赵亮;泵用螺旋槽气膜机械密封的应用研究[D];北京化工大学;2000年
5 彭昌松;羰基合成高速离心压缩机干气密封的研制与应用[D];大庆石油学院;2005年
6 李鹏飞;气动板形检测辊的理论设计及实验研究[D];燕山大学;2001年
7 吴津京;脱气膜在给水处理中的研究与应用[D];北京交通大学;2007年
8 张前;力及其作用部位压差传感器及定位系统的研究[D];燕山大学;2007年
9 梁卫颖;利用液晶瞬态技术测量离散缝气膜加热效率及换热系数[D];西北工业大学;2006年
10 郑妹;多斜孔壁火焰筒传热特性的数值研究[D];南京航空航天大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 徐文君;她是我们的“主心骨”[N];吉林农村报;2006年
2 ;双面复合气泡膜[N];中国包装报;2005年
3 本报记者 周萌;终极环保[N];中国体育报;2011年
4 束洪福;北京地标建筑的“保护衣”[N];科技日报;2007年
5 通讯员 常勇;辽化机械厂亮出精品[N];中国石油报;2003年
6 李钧;能者不言败 勇者不言退[N];中国航空报;2006年
7 屠纯威;为环保产业添砖加瓦[N];中国财经报;2000年
8 郭新秋;打造国际品牌 大连大雪啤酒的追求目标[N];中国食品质量报;2007年
9 本报记者 王红;用膜技术脱除酸性气体大显神威[N];中国化工报;2002年
10 苏云;高质高速的协民分切机[N];中国包装报;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978