燃烧室新型迷宫复合冷却结构冷流入射角对冷却性能影响的数值研究

针对燃烧室新型迷宫复合冷却结构,以F luent商业软件为计算平台,采用数值模拟方法研究了该冷却结构外侧壁面上冷却孔开孔角度分别为-60°、-30°、+30°、+60°时内外壁温的分布情况,获得了其壁温及冷却效率的分布规律。研究表明,开孔角度为+30°时冷却效率最高。计算结果对于迷宫复合冷却结构的设计和冷却性能试验研究都具有一定的理论指导意义。     

燃烧室新型迷宫复合冷却结构二维壁温数值模拟

针对燃烧室新型迷宫复合冷却结构,采用数值模拟方法研究了该冷却结构的流场结构和内外壁温分布情况,获得了结构内部的流场及多层壁温的分布规律,并且计算了席壁层热侧面的压力分布情况。计算结果表明,迷宫复合冷却结构沿轴向的壁温梯度较全气膜冷却结构更加平缓,外侧壁最高温度较全气膜冷却结构低大约200 K左右。     

燃烧室新型迷宫复合冷却结构的壁温计算

燃烧室迷宫复合冷却结构是一种集冲击、对流换热和近似发散冷却于一身,结构合理,冷却效率高,具有创新性的新型冷却结构。在对其气膜冷却结构进行换热机理分析研究的基础上,建立了计算模型,获得了其沿程参数及多层壁温的分布规律。计算结果表明,该冷却结构可节省冷却空气量25%左右,并且能大大降低壁温梯度。因此,该冷却结构能较大地提高燃烧室的冷却效率,提高发动机性能,延长燃烧室的使用寿命。     

燃烧室迷宫复合冷却结构流场数值研究

以燃烧室迷宫复合冷却结构为研究对象,采用数值模拟方法研究该冷却结构内部流场、温度的分布情况,获得其流场结构及冷却效率沿轴向的分布规律,并与采用气膜冷却的原型火焰筒进行了对比。研究表明:相对某型航空发动机燃烧室火焰筒,该冷却结构的冷却效率高,流场分布均匀。计算结果对于迷宫复合冷却结构的设计和冷却性能试验研究都具有一定的理论指导意义。     

出流孔型对平板气膜冷却影响机理的研究

为了研究不同孔型对平板气膜冷却的影响,针对圆形,扇形,水滴形,收敛缝形四种气膜出流孔型的流动和传热特性进行了数值模拟。研究结果表明,圆形孔、扇形孔和水滴形孔气膜出口下游出现从中心向上抬升的反向旋转涡对,将主流燃气卷吸进来；收敛缝形孔在侧向的扩张型面使得气膜出流在展向的覆盖更为均匀,这有效地阻止了高温气体的侵入；在相同吹风比下,收敛缝形孔在气膜出口附近区域的平均绝热冷却效率则明显要高于其余三种孔,随着吹风比的增大,这种差距越发明显；孔型对对流换热系数增强比的影响区域仅局限在邻近气膜孔出口大约7倍气膜孔径的范围内。      

致密多孔层板冷却结构研究

应用FLUENT软件对内部绕流形式不同的7种层板结构进行流动与换热的耦合计算,分析扰流柱、冲击孔、气膜孔之间的排布方式以及堵塞比等参数对层板冷却效率与相对压力损失的影响规律。研究表明,层板结构以冲击孔和气膜孔呈现长菱形分布、扰流柱呈梭子形排布的方式较好,压力损失小,综合冷却效率可以提高10%左右;在进气流量相同的情况下,不同的层板结构压力损失相差不大,压力损失主要发生在从环腔经气膜壁进入火焰筒流出的过程中;增加扰流柱的数量或者是增大扰流柱的直径都会带来堵塞比的增大,层板的相对压力损失会随之增加,综合冷却效率增大,一定程度上强化了换热。     

鳞片孔形状对冷却效率及流量系数的影响

为了研究鳞片孔气膜冷却特性,通过数值模拟的方法,阐述了不同鳞片孔直径D、鳞片孔深径比h/D、吹风比对冷却效率及流量系数的影响。主要获得以下结论:相同吹风比下,鳞片孔孔径的增大,能降低鳞片孔的流动阻力,更有利于提高流量系数及冷却效率。鳞片孔h/D对壁面气膜冷却效率及气膜覆盖分布影响不大,但是h/D较小的鳞片孔具有更高的流量系数。对于一定结构的鳞片孔而言,吹风比M越大,气膜冷却效率越高,气膜在壁面的展向覆盖增强到5D。     

排尘孔涡轮冷却叶片叶顶流动与传热研究

涡轮叶片叶顶排尘孔用于清除冷气中掺杂的尘粒,以保证气膜孔和冲击孔的可靠工作,但排尘孔射流引起叶顶流动和传热问题。采用参数化方法建立有、无排尘孔涡轮冷却叶片几何模型,基于包含叶片主体、主燃气通道和三腔回流式内冷却通道的全局模型,采用流热耦合数值分析,开展排尘孔对涡轮冷却叶片叶顶流动与传热问题的初步研究。研究结果表明,对比有、无排尘孔叶片,排尘孔射流可降低叶顶平均温度约25 K;冷却通道对流换热作用和叶顶排尘孔射流可使叶顶平面降温400～600 K,冷却效果与冷却通道冷气流量和尘孔结构在叶顶位置相关;排尘孔叶顶射流对叶顶间隙高温燃气泄漏具有阻碍作用,可以提高叶片总压恢复系数约0.5%～1.5%,随着冷气流量的增大,这种作用增强;尘孔结构设计应兼顾射流对叶顶流动与传热的共同影响。     

双排圆柱孔气膜冷却效率叠加特性数值研究

为了获得双排圆柱孔气膜冷却效率的叠加特性,采用数值模拟的方法,分别研究了孔排距、孔排排布方式以及吹风比对冷却效率叠加特性的影响,并与经典的Seller冷却效率叠加公式进行了对比。结果表明：在顺排较大孔排间距下,孔排气膜间的相互干扰影响较小,数值模拟值与Sellers计算值相差较小,但顺排小孔排距和叉排结构下,数值模拟值与Sellers计算值相差较大,较大吹风比下,在孔下游区域,气膜再次贴壁效果明显,对近孔区冷却是不利的。     

前缘凸脊倾斜气膜冷却效果

为了研究前缘凸脊结构对气膜冷却的影响规律,设计3种不同堵塞比的凸脊模型,研究气膜冷却效率随吹风比、堵塞比的变化规律,并运用数值模拟方法分析再附区域的流场分布。研究结果表明,与典型的圆柱形气膜孔相比,前缘凸脊的存在可以使气膜冷却效率提高130%以上;前缘凸脊在大吹风比下的作用更加明显;堵塞比B为0.21时气膜冷却效率最高;数值模拟结果与试验结果吻合得较好;在特定范围内,吹风比的增大或凸脊堵塞比的增大有利于提高气膜再附区域的展向覆盖,进而提高气膜冷却效率。     

波纹结构对纵向波纹隔热屏冷却特性影响的数值研究

针对冲压发动机燃烧室纵向波纹隔热屏热防护技术,通过改变波纹的几何结构,开展了隔热屏近壁流场结构调控的研究,采用数值模拟获得了波形对纵向波纹隔热屏流场结构和冷却特性的影响规律。研究结果表明,增加单周期内的冷流迎风侧长度占比更有利于冷流动压进气,充分利用火焰筒内外压差,同时减小了入射冷气流与热流的夹角,减小近壁卷吸涡尺度,降低近壁区的湍流强度,削弱冷、热流掺混,显著增强波谷冷气对下游波峰的保护作用;随着迎风侧长度占比增加,隔热屏的平均综合冷效显著提高。     

叶片气膜孔加工再铸层控制

航空发动机叶片在高温燃气中高速旋转,承受气体负荷、质量负荷和热负荷,工作环境恶劣.在高温区工作的时片叶身上有气膜孔,高温气流通过气膜孔在叶身表面形成快速流动的低温气膜,隔离高温燃气,对叶片起冷却保护作用.气膜孔加工极易产生再铸层,再铸层质量对叶片工作的可靠性和寿命影响很大.     

航空发动机叶片竹节孔加工及传热分析

介绍了一种利用电解加工法在航空发动机叶片上加工带肋冷却孔(竹节孔)的工艺方法,对其加工设备和电极制作过程进行详细的描述。实验同时分析了加工参数如加工电压、电解液种类和浓度、加工材料等对冷却孔成形的影响。并结合有限元方法,研究了竹节孔对涡轮叶片冷却效果的改善,对影响传热的参数,如传热系数与努赛尔数Nu进行了分析。     

State-Of-Art,Challenges, and Outlook on Manufacturing of Cooling Holes for Turbine Blades

A cooling hole is important structure of turbine blades for high-performance aircraft engines. It is very challenging to manufacture cooling holes in superalloys including nickel-based and titanium alloys. This article aims to provide a critical assessment on the major types of machining processes for manufacturing cooling holes. The process mechanism, efficiency, form accuracy, and surface integrity of the state-of-art of four machining processes, i.e., mechanical drilling (MD), electrical discharge drilling (EDD), laser drilling (LD), and electrochemical drilling (ECD) have been thoroughly analyzed and compared in details. The future challenges and future potential research directions for the machining processes are also discussed.     

厚壁复合钢板锥体热成形后冷却速度对组织和性能的影响

Q345R＋022Cr19Ni10（94＋4）复合钢板锥体在1030℃加热成形,950℃终止成形后覆层喷水,基层空冷,其基层力学性能试验-20℃冲击韧性不合格,金相检查为网状分布的多边形铁素体＋岛状组织和少量珠光体,晶粒度为9级。重新加热至成形温度浸水冷却,并在700℃回火,获得回火贝氏体组织,结果冲击韧性大幅提高,满足标准和设计要求。