气膜冷却叶片热冲击分析网格生成技术

针对涡喷2型航空发动机涡轮的导向叶片,建立气膜冷却叶片几何模型,利用分块拓扑法在不切割几何体的情况下生成高质量的结构化网格,并根据湍流模型的要求对近壁面网格尺寸进行优化。根据该型发动机地面实验数据,以发动机技术状态参数为依据定义边界条件,对生成的网格进行稳态及瞬态数值模拟。研究表明:一体化网格生成可以减小系统误差,提高计算精度;第一层网格厚度对网格质量影响较大,应综合考虑y~+的精确值进行设定;数值模拟结果同实验数据基本吻合,此网格生成方法具有工程应用价值。     

堵孔法研究气膜冷却

本文提出用堵孔法研究火焰简的气膜冷却效率η,以比较各种气膜冷却结构的冷却效果,以及计算火焰筒工作时的壁温.η由简单的堵孔试验法求得.     

平板气膜冷却技术

通过数值模拟研究了双孔平板的气膜冷却效率随吹风比和不同孔型的变化情况.其中孔型分别为圆柱孔、扩张孔和复合孔,它们的射流角均为30°,扩张孔的扩张角为1.79°,复合孔是由圆柱孔和扩张孔结合而得到的新型孔.利用CFD软件对模型进行数值模拟,采用单排双孔模型.对比分析了圆柱孔、扩张孔和复合孔的冷却情况.     

振动平板气膜冷却的数值分析

采用数值方法模拟振动平板单孔气膜冷却过程,对比不同振动频率、不同振幅和不同吹风比下气膜孔中心线下游绝热壁面的有效温比曲线,并分析了气膜孔周围壁面相对静压分布.结果表明:振动会削弱气膜冷却效果;在吹风比λ=1.0下,不同振幅、不同振动频率振动时绝热壁面的有效温比比稳态时小,且在x/D10时,2种情况下有效温比的差距更明显;同一振动下,在吹风比小于0.6,x/D5振动时绝热壁面的有效温比比稳态时大,在x/D5振动时的有效温比比稳态时小;在吹风比大于0.6振动时的有效温比始终比稳态时小;振动时气膜孔周围壁面相对静压会出现周期性变化.     

燃气轮机叶片气膜冷却研究进展

综述了近年来燃气轮机涡轮叶片气膜冷却技术的研究成果.介绍了气膜冷却的基本原理,总结了叶片端壁、顶部、前缘及尾缘区域气膜冷却的研究进展和气膜孔流量系数的研究状况,阐述了影响气膜冷却效果的各种因素及气膜冷却对气动损失的影响.最后指出将气膜冷却与其它涡轮叶片冷却技术相结合的复合冷却,应是未来涡轮叶片冷却技术的发展方向.     

不同形状气膜孔对气膜冷却效果的影响

采用RNGk-ε湍流模型对扇形角(锥形角)γ为30°的垂直扇形气膜冷却单孔射流流场下游的流动和传热特性进行了详细的数值模拟,并将沿程方向的速度分布、相同吹风比下的冷却效率与相同条件下圆孔射流的计算结果进行了比较分析。结果表明:射流轨迹对横向主气流的影响主要集中在射流发生弯曲直至与主气流平行的区域内;喷孔为圆孔时,吹风比越小,射流中心线越靠近壁面,其冷却效率越好;吹风比相同,扇形喷孔的冷却效率高于圆孔的冷却效率;扇形孔的冷却效率并不随吹风比的变化而单调变化,而是在吹风比为1.0时存在最佳值。图7参10     

基于模态分析的非定常气膜冷却数值研究

为了研究非定常气膜冷却的强化冷却机理,利用大涡模拟对非定常圆孔气膜冷却进行数值模拟,研究了4种不同脉动频率下(St=0,0.2,0.3,0.5)的涡结构与气膜冷却效率,并利用动态模态分解对计算结果进行分析,研究流场与换热的耦合机理。结果表明：脉动频率对非定常射流气膜冷却效率的影响较大,当St=0.2时气膜冷却效率与稳态射流相似,当St=0.3时气膜冷却效率比稳态高,而当St=0.5时气膜冷却效率反而会降低;当St=0.3时非定常射流能抑制下游发卡涡的生成并加速其破碎,从而提高气膜冷却效率;射流脉动产生了很多次生涡结构,这些涡结构促进了在流向方向上射流与主流的掺混,但是抑制了展向上的射流与主流掺混。     

开槽气膜孔结构对气膜冷却效果的影响研究

在不同吹气比时,研究了几种带有横向槽的离散孔气膜冷却结构的速度矢量分布和气膜冷却效率,分析了具有相同开槽深度的不同孔口凹槽结构的作用效果.结果表明:在低吹风比时,斜槽具有一定的冷却优势,且斜槽出口前倾角的角度对斜槽冷却效率的影响不大.在较高吹风比时,窄槽的冷却优势明显,其次是出口前倾角较小的斜槽,而宽槽的冷却效果较差....     

气膜孔形状对涡轮叶片气膜冷却影响的研究进展

气膜冷却是航空发动机叶片上采用的冷却方式之一,气膜孔结构对冷却效率影响非常显著。通过对不同形状孔射流气膜冷却回顾,指出了圆柱孔射流冷却的有害涡流动结构。论述了几何结构和气动参数对气膜冷却特性的影响,提出了一种高效气膜冷却孔结构——双出口气膜孔。利用商业软件对双出口射流的冷却效率进行了数值模拟。结果表明,双出口孔射流时,形成的涡结构有利于冷气贴附在壁面。最后给出了圆柱孔和双出口孔射流冷却效率对比结果,无论在平板上还是在叶片前缘,双出口孔射流冷却效率都明显高于圆柱孔射流冷却效率。     

气膜孔形状对涡轮叶片气膜冷却效果的影响

基于控制容积法对三维定常不可压缩N-S方程进行离散,采用非结构化网格及两层k-ε湍流模型,在吹风比M为0.6和1.2的情况下,数值模拟了气膜孔几何形状对涡轮叶片气膜冷却效果的影响,得到了气膜孔附近的流场分布.所选孔形为圆柱孔、前向扩张孔、开槽前向扩张孔及新型缩放槽缝孔.结果表明:圆柱孔的冷却效率随着吹风比的增加而显著地降低;开槽前向扩张孔的冷却效率优于圆柱孔和前向扩张孔;缩放槽缝孔在不同吹风比下的冷却效率均高于其它3种孔形,缩放槽缝孔和开槽前向扩张孔不同程度地抑制了反向涡旋对的产生,提高了射流对壁面的贴附性,增强了壁面的冷却效果.     

气膜孔堵塞对叶片吸力面气膜冷却的影响

为阐明热障涂层工艺造成的气膜孔堵塞对气膜冷却的影响机理,采用数值模拟方法研究了叶片吸力面在气膜孔堵塞比为0.2、0.5和0.8,吹风比为0.5、1.0、1.5和2.0时的气膜冷却效率变化.结果表明:堵塞比越大,气膜冷却效率下降幅度越明显,孔下游气膜覆盖面积越小;相比无堵塞情况,堵塞比为0.8时展向平均气膜冷却效率退化为...     

燃气轮机透平叶片传热和冷却研究：气膜冷却

气膜冷却作为燃气轮机透平叶片通流部分外部冷却的一种主流技术,经过多年来的研究改进,已在工程应用实践中得到了很好的发展.总结近年来燃气透平叶片气膜冷却的相关研究进展,重点介绍了一些新型气膜冷却结构的研究情况,基于当前研究热点和发展趋势,结合作者在这方面的研究经历,指出了气膜冷却研究及其应用的发展方向.鉴于新型气膜孔、组合气膜孔以及涡发生器与气膜孔的组合在气膜冷却性能方面具有较大优势,未来将深入研究其在实际透平中的应用问题.     

振动平板单孔气膜冷却实验研究

基于高温风洞实验台,采用红外热成像技术和机械振动机构对振动平板单孔气膜冷却特性进行了实验研究.测量吹风比在0.4~1.8范围内,静态以及振动状态下的气膜冷却效果,并分析了振幅(0~5mm)和频率(0~20Hz)等因素对气膜冷却效果的影响.结果表明:振动会削弱气膜冷却效果;与频率相比,振幅对气膜冷却效果的影响更大;随着吹风比的增大,同一振动对气膜冷却效果的影响变小;频率不同的振动对气膜冷却效果的影响相近,在X/D=5~10内,平均有效温比降低约3%;振幅不同的振动对气膜冷却效果的影响是相近的,在X/D=5~10内,平均有效温比降低约5%.     

燃机透平叶片气膜冷却特性研究

采用存在源项的叶栅三维黏性流数值方法计算与分析了存在气膜射流的燃气侧的流动与换热特性,确定了吹气比、来流湍流度、气膜孔展向间距与展向射流角等因素对气膜有效度的影响,并分析了其机理.     

气膜冷却平板通道的数值模拟

对无肋和带45°肋气膜冷却平板通道的三维对流换热与导热耦合传热问题进行了数值模拟。网格划分采用非结构化网格,湍流模型为SSTk-ω模型,近壁处采用壁面函数法,采用SIMPLEC算法求解速度和压力的耦合。计算获得了无肋和带45°肋气膜冷却平板的流场分布和平板内外表面的平均温度和平均换热系数。计算结果表明,带45°肋的气膜冷却平板表面平均温度较无肋气膜冷却平板表面平均温度低,而近气膜孔区域冷、热表面平均换热系数较无肋时高,而且肋的存在对增大冷空气出流比有利。     

气膜孔几何结构对涡轮叶片气膜冷却影响的研究进展

综述了近年来涡轮叶片气膜孔几何结构对气膜冷却特性影响的研究成果,介绍了影响气膜冷却效果的因素.总结了气膜孔结构对叶片前缘、叶片端壁以及对平板气膜冷却影响的研究现状.阐述了气膜孔结构对气膜冷却传热特性的影响.最后指出进一步优化气膜孔结构,综合考虑气膜孔尺寸、长度、间隔、形状以及相对透平叶片取向对气膜冷却的影响和新型气膜孔的研究.将是今后工作的重点.     

开槽气膜孔结构对气膜冷却和流动特性的影响

运用数值模拟的手段,从流动特性和冷却特性两方面评价了各种开槽气膜冷却孔结构的优劣。从流动的机理揭示了在相同的槽深下,不同的横槽结构对改善气膜冷却效率和流量系数的影响,并比较了在气膜孔出口和入口均开有横槽后对流动和冷却特性的影响。结果表明：开横槽后,气膜孔出口下游的冷却效率得到不同程度的改善,吹风比越大,改善的程度越明显。在横槽下游5D-10D的范围内,冷却效率的改善程度最大;在气膜孔出入口处均开有斜横槽的结构和用圆角过渡气膜孔入口处的横槽均是提高气膜冷却效率和减小气膜孔流动阻力的有效措施,而在气膜孔出口处的横槽用圆角过渡则不利于改善气膜冷却效果。     

叶片前缘表面气膜冷却的实验研究

燃气轮机叶片前缘处有很多高换热区,其中叶片前缘表面处是最先与高温燃气接触的位置,存在承受较高的热负荷的问题,目前较为常见的解决办法是气膜加冲击冷却。通过实验对比不同吹风比、不同曲率位置气膜冷却排孔的温度分布,得出以下结论:冷却效果以出气孔为起点向下游不断减弱,并且在不同的排孔处,下游减弱的趋势不同;当吹风比M1时,吸力面气膜冷却有效度随吹风比的增加而逐渐增加;当吹风比M1时,气膜冷却有效度随吹风比的增加而减小;下游曲率的增加可以有效地增加气膜冷却效果。     

离散孔波纹板气膜冷却的实验研究

对两种不同开口规律的离散孔波纹板进行了实验研究,分析了来流气动参数及波纹板的开孔规律等几何参数对冷却效率的影响,建立了离散孔波纹板气膜冷却对流换热模型,用最小二乘法拟合了相应的关系式及关系曲线,并将有关结果与离散孔平板进行了对比研究,得出了离散孔波纹板,尤其是在其波峰与波谷之间开有大孔的离散孔波纹板,在其波峰与波谷之间,冷却效率较低,在孔板的尾端,其冷却效率的增长比离散孔平板明显加快.