渦輪機(jī)匣換熱實驗與流固耦合數(shù)值研究.pdf

1、渦輪機(jī)匣是航空發(fā)動機(jī)通過渦輪段的關(guān)鍵支撐，是控制發(fā)動機(jī)渦輪葉頂間隙的主要部件，它承受著主要的熱負(fù)荷、機(jī)械載荷和氣動載荷，工作環(huán)境非常惡劣。熱端部件冷卻方法的研究一直是現(xiàn)階段高溫燃?xì)獍l(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的熱點和難點。作為典型的燃?xì)廨啓C(jī)渦輪段熱端部件之一，渦輪機(jī)匣的通道結(jié)構(gòu)因為布局需要通常很不規(guī)則，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往包含多種流動形式，導(dǎo)致其換熱規(guī)律差距也很大，很難有統(tǒng)一的計算方法。目前，實驗手段和三維、穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)值方法是研究渦輪機(jī)匣流動與換熱問題

2、的兩個有效方式。
　　本文以某型雙層多孔陣列渦輪機(jī)匣結(jié)構(gòu)為研究對象，采用基礎(chǔ)的換熱實驗，研究機(jī)匣內(nèi)部的流動與換熱特性，并將實驗結(jié)果與商業(yè)軟件ANSYS Fluent流體-固體耦合傳熱計算的結(jié)果作比較，兩種方法的流場數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)吻合較好，在一定誤差范圍內(nèi)，可認(rèn)為耦合計算具有一定的準(zhǔn)確度和可信性。
　　此渦輪機(jī)匣冷卻實際上是包含沖擊冷卻和氣膜冷卻的組合式冷卻，實驗采用固定熱源代替實際熱燃?xì)獾难芯糠椒ň哂幸欢ǔ潭鹊牟蛔?，本文采?/p>

3、流體-固體耦合傳熱方法研究了此具有“沖擊+氣膜”組合式冷卻特點的渦輪機(jī)匣結(jié)構(gòu)在真實工況下的換熱特性。首先，研究了氣動參數(shù)吹風(fēng)比BR對初始模型的冷卻效率、溫度分布和熱通量的影響規(guī)律，分析了氣膜的流向和展向有效性。而后研究了幾何參數(shù)沖擊距H/L和氣膜角β對組合式冷卻換熱特性的影響，結(jié)果表明，減小沖擊距和減小氣膜角，都會提升沖擊平面和氣膜平面的平均冷卻效率;減小氣膜角還能有效提升氣膜的流向和展向有效性。
　　本文的相關(guān)研究都能為工程設(shè)計