仿螺旋肋片內(nèi)冷通道流動與換熱特性研究.pdf

1、隨著燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的性能的不斷提高，渦輪前進(jìn)氣溫度越來越高，這使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)葉片在越來越高的溫度下工作，其溫度己遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出燃?xì)廨啓C(jī)葉片材料所能承受的范圍，因此對燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之——渦輪葉片進(jìn)行有效的冷卻，開發(fā)先進(jìn)高效渦輪葉片冷卻技術(shù)，是發(fā)展現(xiàn)代高推重比渦輪發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是國際上在發(fā)展高效低耗燃?xì)廨啓C(jī)中競相研究的課題。本文在閱讀大量的國內(nèi)外與渦輪發(fā)動機(jī)葉片冷卻技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)，包括氣膜冷卻、沖擊冷卻、強(qiáng)迫對流冷卻等在內(nèi)的

2、幾種基本冷技術(shù)在內(nèi)，特別是內(nèi)冷通道強(qiáng)迫對流換熱冷卻技術(shù)基礎(chǔ)上，提出一種新型的肋片內(nèi)冷通道強(qiáng)化對流換熱方案，該方案在內(nèi)冷通道中通過設(shè)置仿螺旋肋片，來改善通道內(nèi)部冷卻介質(zhì)流動結(jié)構(gòu)，引入螺旋翅片管的強(qiáng)化傳熱機(jī)理，使其更有利于通道固體壁面與冷卻介質(zhì)的換熱，以達(dá)到更有效降低葉片溫度的目的。 為了詳盡了解新提出的仿螺旋肋片內(nèi)冷通道特有的三維流場特性、通道換熱特性以及通道流動阻力特性，本文采用數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方法對其進(jìn)行了系統(tǒng)的研究

3、。本文所研究的內(nèi)冷通道橫截面形狀為矩形，通道上下壁面上沿冷卻介質(zhì)流動方向布置仿螺旋肋片，肋片排間呈間斷性的布置，每兩排肋片排為一幾何結(jié)構(gòu)周期，同一壁面上各排肋片之間相互錯列，上下壁面相對位置的肋片排之間同樣相互錯列一定的距離，兩個側(cè)壁為光滑壁面。本文主要研究了仿螺旋肋片導(dǎo)流角度、傾斜角度、肋片形狀等肋片幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)以及氣流方向、進(jìn)口雷諾數(shù)等流動參數(shù)對內(nèi)冷通道的流場特性、換熱特性以及阻力特性的影響及其變化規(guī)律。 數(shù)值模擬和實驗研究

4、結(jié)果表明，這種新型的內(nèi)冷通道強(qiáng)化對流冷卻方案，不僅利用了仿螺旋肋片作為擴(kuò)展面積達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的，同時利用其一定的幾何排列來仿效螺旋翅片管的強(qiáng)化換熱機(jī)理，冷卻介質(zhì)在通道內(nèi)流動時受仿螺旋肋片的導(dǎo)向作用迫使通道近壁處冷卻介質(zhì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一附加的螺旋流動，加強(qiáng)了通道內(nèi)冷卻介質(zhì)流動的徑向擾動，加強(qiáng)了近壁區(qū)冷卻介流動的擾動，使得近壁面及肋片間冷卻介質(zhì)的相對速度提高，減薄速度邊界層和傳熱邊界層厚度，大大降低了壁面的傳熱熱阻，通道平均傳熱系數(shù)相對于