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高压涡轮盘腔内换热的实验和计算研究

郑光华  
【摘要】: 本文工作围绕RRD公司某型先进发动机高压涡轮盘腔内换热实验进行。 (1) 设计了用于换热实验的换热盘,并应用热电偶和热成像仪对换热盘进行了测试验证,结果表明设计的换热盘符合实验要求。 (2) 开展了旋转盘腔内热边界条件影响换热系数的数值研究,设置了壁面定温、定热流密度、温度线性分布、热流密度线性分布四类计算工况,大量计算结果验证了旋转盘腔内热边界条件对换热系数的影响。不同热边界条件对旋转盘腔内的流场有一定的影响,因此影响到换热,这个表面原因进一步验证了热边界条件对换热系数的影响。转动是热边界条件影响左右盘壁面换热系数的主要原因,粘性热和浮升力也是导致热边界条件对换热系数有影响的两个重要因素。微型涡轮结构有利于旋转盘腔内的换热。 (3) 开展了旋转盘腔内换热的实验研究,得到了不同转速下左右盘面的换热系数,并研究了流量和加热量对盘腔内换热的影响。转速越高,换热越强,低转速时,换热系数分布比较平缓,没有明显的峰值,但在高转速时,换热系数分布出现了明显的峰值和回落。由于微型涡轮进气结构,在2000 rpm左右盘腔内流场发生了较大的实质性的变化。相同转速不同流量下左右盘换热系数分布一致,但火小明显不同,流量越大,换热系数越大。旋转盘腔中流量变化不影响流动结构,用于冷却和密封的气体量有一个最佳值或者范围,增强涡轮盘壁冷却效果主要靠优化结构。相同转速不同加热量时左右盘换热系数分布基本没有变化,但大小发生了明显的变化,加热量大时换热系数整体较大,右盘更为明显,验证了数值计算得到的旋转情况下热边界条件对换热系数有影响的结论。换热系数分布的实验结果和计算结果符合良好。


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