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非圆形扰流柱排换热和流动特性的试验研究

李军  
【摘要】: 短扰流柱排被广泛应用于涡轮叶片的内部冷却结构中,尤其是叶片尾缘区域。本文通过试验的方法研究了柱形和柱间距对叉排型短扰流柱排内的压力损失和换热的影响。 试验中分别选用了三种不同形状的扰流柱:方形、钻石形和液滴形,扰流柱排几何参数S/D=4,H/D=1.33,X/D=4、3.3和2.7,试验测量了不同来流雷诺数(10000<Re<150000)下,柱排内的静压分布以及柱排通道端面上的温度分布。由于扰流柱排换热计算要考虑包括柱面换热在内的总的换热量,利用数值方法在试验基础上计算出了柱面的平均换热系数。研究结果表明:钻石形扰流柱排换热最强,方形次之,液滴形最弱,相应地钻石形扰流柱排压力损失也最大,方形次之,液滴形最弱;小间距(X/D=2.7)在换热较强的同时压力损失也高于其他两种间距。本文提出了一个强化换热有效性系数来综合考虑扰流柱换热和压力损失的效果,并用它对各种扰流柱进行了优化分析,优化结果表明方形扰流柱排在涡轮叶片尾缘区冷却结构设计中是优先考虑的一种结构型式。


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