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《南昌航空大学》 2018年
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涡轮叶片气膜冷却流固耦合数值模拟研究

周韦韦  
【摘要】:提高航空发动机性能的重要措施之一是提高燃气的涡轮前燃气温度。由于涡轮叶片不能抵抗越来越高的涡轮前燃气温度,必须采用冷却技术对其进行冷却,而气膜冷却是一种重要的冷却方式。由于理论分析及实验研究的局限性,采用数值模拟技术研究涡轮叶片的气膜冷却特性是现阶段的主要选择。现有的研究并未系统研究网格技术、来流条件、湍流模型及其近壁处理方法等计算因素对气膜冷却的影响。本文以平板气膜冷却为研究对象较系统地研究了上述计算因素对气膜冷却特性的影响。在此基础上,研究了不同吹风比对涡轮叶片气膜冷却特性的影响,而后对不同吹风比下的涡轮叶片气膜冷却流固耦合问题进行了研究。首先,对计算平板气膜冷却,从计算精度和计算效率方面权衡,从不同湍流模型的结果得到采用非平衡壁面函数的Realizable k-ε模型满足气膜冷却计算的要求。吹风比较小时,计算结果几乎不受y_(pm)~((10))、y_(jm)~((10))的影响,y_(pm)~((10))、y_(jm)~((10))在湍流边界层的对数区和黏性底层内均可得到网格无关解。吹风比变大时,计算结果受y_(pm)~((10))、y_(jm)~((10))影响明显。平板壁面上不同位置的y~((10))对计算结果的影响程度不同。远离射流孔下游区域的y~((10))对冷却效率的影响很小,射流孔附近的y~((10))对冷却效率的影响较大。y_(pm)~((10))、y_(jm)~((10))在湍流边界层的过渡区和对数区变化会影响到肾形涡的强度及射流的脱离再附着过程。y_(pm)~((10))、y_(jm)~((10))增大使得射流脱离区向下游延伸。另外,y_(pm)~((10))、y_(jm)~((10))的变化使得肾形涡强度变化、冷气分布的改变,从而造成较大的冷却效率变化。其次,对计算涡轮叶片气膜冷却,在吸力面及压力面孔排下游,低吹风比时,随着吹风比的增加,冷气覆盖范围增大较快;高吹风比时,增幅减小。高吹风比时,压力面孔排下游的气膜冷却效率的展向均匀性好。在压力面及吸力面上游,随着吹风比的增大,冷气逐渐脱离壁面,造成射流孔下游冷却效率下降。同时,吹风比增大使得射流展向动量增强,冷气逐渐向叶顶方向聚积,使得冷气覆盖范围沿叶高方向缩小。另外,前缘孔排对吸力面及压力面孔排下游产生的影响随吹风比不同而不同。低吹风比时,前缘孔排冷气向叶顶方向聚积使得吸力面及压力面孔排下游叶顶冷气覆盖范围明显大于叶根;而高吹风比时差异逐渐减小。再次,对涡轮叶片气膜冷却流固耦合问题,相较于绝热壁面的冷却效率分布,耦合计算的冷却效率分布在展向上更均匀,孔间区域的冷却效率与孔中心线附近的冷却效率差异变小,因此气膜冷却的数值模拟研究应该采用流固耦合模型。涡轮叶片固体部分传热对流场影响的主要集中于靠近固体壁面的区域。最后,论文对全文进行了简要总结并给出了进一步研究的方向。
【学位授予单位】:南昌航空大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:V231.1

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【参考文献】
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1 赵丹;刘存良;朱惠人;翟颖妮;;涡轮叶片前缘对冲孔排气膜冷却特性的数值研究[J];航空动力学报;2017年11期
2 程会川;吴宏;李育隆;丁水汀;;旋转状态下抑涡孔气膜冷却性能的实验研究[J];推进技术;2018年01期
3 吴宏;杨登文;;新型台阶缝冷却结构的气动及冷却特性[J];北京航空航天大学学报;2018年02期
4 李国占;刘华坪;陈浮;李林熹;宋彦萍;;不同射流角下等离子体激励对平板气膜冷却影响的数值研究[J];航空动力学报;2017年09期
5 赵子晨;何立明;肖阳;代胜吉;张倩;;等离子体气动激励复合横向槽结构提高气膜冷却效率的数值研究[J];推进技术;2017年07期
6 朱兴丹;张靖周;谭晓茗;郭文;苏云亮;;涡轮转子叶片异型气膜孔冷却数值研究[J];航空动力学报;2016年09期
7 陈娉婷;秦晏旻;任静;蒋洪德;;带肋通道和气膜冷却交互下的绝热和耦合传热研究[J];工程热物理学报;2016年07期
8 张洪;李杰;田淑青;;出口马赫数0.81~1.01下涡轮导向叶片全气膜冷却特性研究[J];实验流体力学;2016年03期
9 肖阳;金涛;何立明;丁未;吕智慧;代胜吉;;心形孔气膜冷却特性的数值模拟[J];航空动力学报;2016年06期
10 费微微;单勇;王敏敏;谭晓茗;张靖周;;超声速涡轮叶栅超声速气膜冷却数值研究[J];推进技术;2016年05期
【共引文献】
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1 刘友宏;陈超;任浩亮;;堵塞比对波纹板隔热屏冷却性能的影响[J];科学技术与工程;2018年04期
2 郑杰;张雅荣;窦益华;;燃气涡轮机叶片结构冷却优化设计研究[J];计算机仿真;2017年11期
3 李阔;陈燕;张志超;金文博;;利用交变旋转磁场去除叶片气膜孔毛刺的试验研究[J];航空制造技术;2017年09期
【二级参考文献】
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1 高炎;晏鑫;李军;;燃气透平叶片尾缘开缝结构冷却性能的数值研究[J];西安交通大学学报;2016年03期
2 姜伟;谢诞梅;高尚;胡鹏飞;;倾角孔对叶片前缘冷却效率影响的数值研究[J];推进技术;2015年07期
3 李雪英;李明飞;任静;蒋洪德;;气膜冷却布置对前缘流动传热的影响[J];工程热物理学报;2014年12期
4 谭晓茗;朱兴丹;郭文;张靖周;王永明;潘炳华;苏云亮;刘松;;涡轮叶片前缘气膜冷却换热实验[J];航空动力学报;2014年11期
5 朱兴丹;谭晓茗;郭文;张靖周;王永明;;高压涡轮转子叶片内部气流组织方式研究[J];航空学报;2014年12期
6 杨林;曾军;谭洪川;丁朝霞;;大膨胀比跨声速涡轮流动结构及损失的数值研究[J];推进技术;2014年05期
7 石德永;宋文艳;浮强;;导向器叶片尾缘厚度对涡轮性能影响研究[J];机械设计与制造;2013年11期
8 代胜吉;何立明;丁未;金涛;杜宏亮;;马蹄形等离子体激励器强化气膜冷却效率机理[J];航空动力学报;2013年09期
9 张村元;钟易成;徐伟祖;潘尚能;;涡轮导叶前缘多排孔冷气掺混数值模拟[J];航空动力学报;2013年08期
10 史万里;葛宁;;脉冲横向射流的大涡模拟[J];航空动力学报;2013年01期
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1 孙学卫;朱克勤;信伟;赵月;;采用气膜冷却的燃烧室流场数值研究[J];清华大学学报(自然科学版)网络.预览;2008年08期
2 宋英杰;张超;宋立明;李军;丰镇平;;射流角与吹风比影响涡发生器强化气膜冷却性能的实验研究[J];推进技术;2017年12期
3 张陆新;南春雷;尤国林;韩震宇;;横流通道对气膜冷却性能影响的数值研究[J];科技与创新;2018年13期
4 郑达仁;王新军;张峰;袁奇;;上游横向间断肋布置方式对气膜冷却性能的影响[J];西安交通大学学报;2017年11期
5 刘岚菲;董若凌;施红辉;沈伟杰;陈伟;谢凯;;基于红外热像技术的不同复合角气膜冷却实验研究[J];浙江理工大学学报;2015年07期
6 万超一;饶琨;饶宇;许亚敏;;缝槽入口形状对气膜冷却性能的影响[J];上海交通大学学报;2012年04期
7 吉桂明;;激波对气膜冷却效果产生影响的计算研究[J];热能动力工程;2010年06期
8 徐国强;田宁;陶智;丁水汀;罗翔;邓宏武;;液晶测温法对平板气膜冷却的实验研究[J];航空动力学报;2007年05期
9 朱惠人,许都纯,刘松龄,王宝珑;簸箕形排孔气膜冷却实验研究[J];航空学报;1997年05期
10 刘军;航空发动机气膜冷却孔的打孔工艺[J];航空发动机;1995年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 上官燕琴;王娴;李跃明;;气膜冷却掺混机理的大规模高性能数值研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
2 丁浩林;易仕和;杨跃;付佳;王小虎;;超声速气膜冷却试验和数值方法研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
3 王文三;唐菲;徐建中;;1+1/2对转涡轮低压动叶前缘气膜冷却的非定常特性研究[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
4 付佳;易仕和;王小虎;葛勇;朱杨柱;;高超声速钝头体表面超声速气膜冷却的试验研究[A];第十五届全国激波与激波管学术会议论文集(上册)[C];2012年
5 张留欢;徐惊雷;赵琳;裘云;赵磊;郭孝顺;;串联式TBCC单边膨胀可调喷管气膜冷却方案研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
6 戴韧;赵志军;王宏光;杨爱玲;;涡轮气膜冷却流动与传热机理的基础研究[A];中国动力工程学会透平专业委员会2010年学术研讨会论文集[C];2010年
7 贺安江;;新型气膜冷却孔的数值研究[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
8 王朋义;王忠金;周德成;冯福伟;;一种气膜冷却结构冷态实验研究[A];第九届全国工业炉学术会议论文集[C];2015年
9 付建;李广超;张魏;张占东;;温比对双向扩张孔射流冷却效率影响[A];探索 创新 交流——第六届中国航空学会青年科技论坛文集(上册)[C];2014年
10 郑宽;秦江;章思龙;鲍文;;气膜冷却对超燃冲压发动机隔离段性能的影响[A];第七届全国高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 南航新疆维修基地 陈建忠;浅谈发动机的适情维护[N];中国民航报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 林晓春;透平叶片气膜冷却及冷气掺混损失研究[D];中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所);2018年
2 Prasert Prapamonthon;不同湍流强度下热障涂层对导向叶片气膜冷却影响的数值研究[D];中国科学技术大学;2017年
3 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
4 韩振兴;热敏液晶测温技术及其在平板气膜冷却实验中的应用[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2005年
5 袁锋;带前缘气冷的旋转涡轮流场实验与数值研究[D];上海交通大学;2007年
6 张惠;1+1/2对转涡轮流动特性分析及其气膜冷却流动机理研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2008年
7 王文萍;燃气轮机高温部件对流/导热/辐射耦合的流动传热机理研究[D];清华大学;2012年
8 常国强;正弦型波纹壁面气膜冷却研究[D];南京航空航天大学;2012年
9 柯招清;高温燃气涡轮叶片的内部冷却和脉动气膜冷却的数值研究[D];中国科学技术大学;2016年
10 王晓春;涡轮叶栅端壁气膜冷却及叶片顶部泄漏流研究[D];中国科学技术大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨鹤;开槽圆柱孔气膜冷却流场的数值模拟[D];东北电力大学;2018年
2 周韦韦;涡轮叶片气膜冷却流固耦合数值模拟研究[D];南昌航空大学;2018年
3 崔莫含;气膜冷却平板表面的颗粒物沉积研究[D];中国民航大学;2018年
4 袁瑞明;大温比下端壁气膜冷却与气膜孔-涡发生器组合冷却的实验研究[D];中国科学技术大学;2017年
5 唐晓雷;不同来流条件对气膜冷却效果影响的机理研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
6 田佳;叶片前缘气膜冷却特性研究[D];沈阳航空航天大学;2018年
7 周帅;气膜孔角度对单排孔射流气膜冷却特性影响研究[D];沈阳航空航天大学;2018年
8 沈伟杰;气膜冷却孔型作用的实验研究[D];浙江理工大学;2014年
9 梁卫红;基于射流模型下的涡轮气膜冷却流场数值计算与分析[D];南京航空航天大学;2017年
10 马丽;不同形状气膜冷却孔附近定常和非定常流动的数值模拟[D];华北电力大学(北京);2008年
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