仿螺旋肋片內冷通道流動與換熱特性研究.pdf

1、隨著燃氣渦輪發(fā)動機的性能的不斷提高，渦輪前進氣溫度越來越高，這使得燃氣渦輪發(fā)動機葉片在越來越高的溫度下工作，其溫度己遠遠高出燃氣輪機葉片材料所能承受的范圍，因此對燃氣渦輪發(fā)動機的關鍵部件之——渦輪葉片進行有效的冷卻，開發(fā)先進高效渦輪葉片冷卻技術，是發(fā)展現(xiàn)代高推重比渦輪發(fā)動機的關鍵技術之一，也是國際上在發(fā)展高效低耗燃氣輪機中競相研究的課題。本文在閱讀大量的國內外與渦輪發(fā)動機葉片冷卻技術相關文獻，包括氣膜冷卻、沖擊冷卻、強迫對流冷卻等在內的

2、幾種基本冷技術在內，特別是內冷通道強迫對流換熱冷卻技術基礎上，提出一種新型的肋片內冷通道強化對流換熱方案，該方案在內冷通道中通過設置仿螺旋肋片，來改善通道內部冷卻介質流動結構，引入螺旋翅片管的強化傳熱機理，使其更有利于通道固體壁面與冷卻介質的換熱，以達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合的方法對其進行了系統(tǒng)的研究

3、。本文所研究的內冷通道橫截面形狀為矩形，通道上下壁面上沿冷卻介質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構周期，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，兩個側壁為光滑壁面。本文主要研究了仿螺旋肋片導流角度、傾斜角度、肋片形狀等肋片幾何結構參數(shù)以及氣流方向、進口雷諾數(shù)等流動參數(shù)對內冷通道的流場特性、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、結果表明，這種新型的內冷通道強化對流冷卻方案，不僅利用了仿螺旋肋片作為擴展面積達到強化換熱的目的，同時利用其一定的幾何排列來仿效螺旋翅片管的強化換熱機理，冷卻介質在通道內流動時受仿螺旋肋片的導向作用迫使通道近壁處冷卻介質發(fā)生旋轉，產(chǎn)生一附加的螺旋流動，加強了通道內冷卻介質流動的徑向擾動，加強了近壁區(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