兩類旋轉(zhuǎn)機械高溫部件的強化散熱設計及傳熱與流動特性研究.pdf

1、動力機械通常利用某些部件的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或?qū)ν庾龉?。此類旋轉(zhuǎn)機械的核心部件往往在高溫環(huán)境下工作或者工作過程中自身將產(chǎn)生熱量。如果缺少有效的散熱，高溫將導致部件變形、工作精度下降甚至直接損毀。
　　針對工業(yè)中遇到的兩類旋轉(zhuǎn)機械的高溫部件，旋轉(zhuǎn)圓柱體和燃氣渦輪葉片，提出了對應的強化散熱設計。對于旋轉(zhuǎn)圓柱體，采用外部空氣沖擊冷卻，而針對渦輪葉片則分別提出兩種新型的內(nèi)部空氣冷卻設計。并利用實驗及數(shù)值方法研究了相應散熱設計的傳熱與流動特

2、性。主要內(nèi)容及結(jié)論有:
　　(1)利用實驗方法研究了旋轉(zhuǎn)圓柱體受側(cè)向空氣沖擊下的傳熱特性，無量綱因變量包括:噴流雷諾數(shù)(Rej)、旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)(Rer)、相對噴嘴寬度(D/w)以及相對噴射距離(L/w)。利用紅外線熱像儀測量了被加熱的圓柱體側(cè)面的溫度分布，并利用流場可視化技術(shù)觀測了圓柱體在靜止與旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下受噴流沖擊時的流場結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示平均努塞爾數(shù)(Num)隨Rej和Rer的增大而提升，隨D/w的增大而減小。隨著L/w的增加Num呈

3、現(xiàn)先增加后減小的趨勢，且臨界L/w值隨D/w的增大而增大。最后，得出了合理且準確的Num經(jīng)驗公式。
　　(2)為強化燃氣渦輪葉片的內(nèi)部冷卻，提出了帶穿孔隔板的180度圓角轉(zhuǎn)彎的內(nèi)冷通道，并利用實驗與數(shù)值方法探討了穿孔對流動與傳熱的影響。流場觀測與傳熱實驗結(jié)果均顯示尺寸較大且角度為正的穿孔將極大的影響通道內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)以及傳熱系數(shù)分布，而穿孔數(shù)目及位置的影響較小。在相同參數(shù)下，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好，提供了更加詳細的流場與傳熱系數(shù)

4、分布信息。通過改變穿孔直徑或穿孔角度，這種新型的內(nèi)部冷卻通道設計能夠起到調(diào)整傳熱系數(shù)的空間分布或強化總體傳熱性能的作用。
　　(3)同時提出了一種帶間隔布置的發(fā)泡鋁塊的葉片內(nèi)冷通道。根據(jù)布置方式的不同分為四類實驗組。結(jié)果顯示四種組合的Num相對光滑通道提升約74～140％，從而驗證了發(fā)泡鋁的強化傳熱效果。值得注意的是交錯布置時的傳熱強化效果優(yōu)于對稱布置，但壓力損失也遠高于對稱布置，約高出180～280％。
　　針對兩類旋轉(zhuǎn)機