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有射流冲击、旋流和气膜出流的梯形通道内流动特性的研究

沈天荣  
【摘要】:随着铸造技术的突破,使得在传统叶片内部铸出更微小的冷却通道成为可能,并且可以在微小通道中使用冲击冷却。由于射流冲击有着较高的换热效率,并且铸造的腔室空间较小,射流在腔内形成较为强烈的旋涡使整个通道内的换热效果得到显著改善。此项技术用于燃气涡轮发动机涡轮叶片的冷却,将能收到显著提高燃气温度、减少冷气消耗的效果。本文以涡轮叶片内部梯形截面的冷气通道为对象,考虑射流,旋流,气膜孔溢流的综合作用,在放大模型上详细研究通道内部及出流孔内流动特性,以深入了解该冷却方案的强化换热机理。 本文主要工作如下: 1,测量通道内的速度场及沿通道的压力分布,获取通道内的流场特性和流动结构,并研究射流和旋流相互作用。 2,测量通道侧壁出流孔和气膜出流孔内的流场和流量系数,了解不同雷诺数及不同射流角度,横流对孔内流场和流量系数的影响。 3,采用七孔压力探针测量大角度射流,进行了七孔压力探针的设计、加工、校准及具体应用,开发数据采集程序和实验数据后处理程序。 4,应用商用软件(FLUENT)对实验模型进行数值模拟,得到的数值结果与实验结果进行比较。 在对冲击/旋流/气膜出流冷却结构进行系统研究后,得出以下主要结论: 1,射流、横流、不同位置出流对通道流场影响很大。在不同射流角度的错排射流的冷却通道中,大射流从射流孔冲击出来后在通道内形成旋涡,并使旋涡变得更强烈。气膜孔出流流量和出流位置对通道内流场的影响很小。不同气膜出流流量对靶面附近流场有影响,但对整个通道内流动变化影响非常小。横流流量大小对旋涡强度几乎没有影响。 2,侧壁出流孔流场受横流影响很大。射流雷诺数,射流角度的变化,气膜出流孔排的位置变化和流量变化对孔内流场的影响很小。横流对通道下游孔内流场影响较大。 3,不同射流角度和横流流量对侧壁出流孔流量系数影响很大。射流雷诺数对侧壁出流孔的流量系数的影响很小。射流雷诺数对离射流较近的气膜出流孔流量系数的影响较大。 4,数值计算结果与实验数据基本相符,可以采用数值模拟方法捕捉实验方


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