气膜孔与肋的相对位置及通道截面形状对气膜孔流量系数的影响

本文基于航空发动机涡轮叶片的放大模型,研究了在同时带肋和气膜孔出流的内流通道中气膜孔与肋的相对位置以及通道截面形状对流量系数Cd的影响情况。实验在内流通道进口雷诺数Re为20000～80000、通道总出流比SR为0.30～0.60以及肋角为60°、120°的范围进行,分析了肋与气膜孔的相对位置及通道截面形状对气膜孔流量系数的影响情况,发现肋的存在明显改变了气膜孔的流量系数。由于肋所导致的回流区的影响,位于肋下游的气膜孔流量系数低于中间孔和肋上游孔,而通道截面的不同则影响了气膜孔里的雷诺数大小,从而影响了气膜孔的流量系数。本文的实验结果对于航空发动机涡轮叶片冷却结构设计具有参考价值。     

涡轮叶片内流冷却通道中压力系数的研究

本文根据相似理论,采用几何放大的模型,在流动相似的条件下,详细研究了涡轮叶片内流冷却通道在同时带肋和气膜孔出流的情况下,各流动参数、几何参数对压力系数的影响。实验在内流通道进口雷诺数为20000-80000,通道总出流比为0.3,0.45和0.6的范围内,肋高/宽比分别为1.0和2.0,肋角度分别为45°,60°,90°和120°,不同的肋与气膜孔相对位置,以及不同的通道截面形状的条件下进行。结果显示,同时带肋和气膜孔出流的内流通道中压力系数受气膜孔出流的影响很大,肋的存在也改变了内流通道的流动结构,影响了压力系数的分布,此外,通道的截面形状也是压力系数的重要影响因素之一。文章的结果对于涡轮叶片内流冷却通道的设计具有参考意义。     

肋角度对矩形通道壁面换热影响的研究

采用非结构化网格和realizab lek-ε紊流模型,求解三维N-S方程,对带肋和气膜孔矩形通道在入口雷诺数9×104,气膜孔总出流比0.22时进行了换热特性的数值模拟。分析了肋角度对各个壁面换热特性的影响规律。结果表明,带肋和气膜孔的通道流场非常复杂,扰流肋的存在使各壁面的换热都得到了增强,但增强幅度的差别较大。     

几何参数对气膜孔流量系数的影响

在燃气轮机涡轮叶片的冷却设计中,气膜孔的流量系数是最关键的参数之一,它会影响气膜的实际冷气流量和气膜冷却效果.使用数值计算方法研究了孔倾斜角、孔复合角、长径比、孔入口圆角、孔出口圆角等几何参数对气膜孔流量系数的影响.提出了一种基于选定基准工况的气膜孔流量系数的关联式,该关联式将这些几何参数的影响考虑在内.与文献中试验数...     

气动参数对气膜孔流量系数的影响

使用数值计算方法研究了压比、内流马赫数、外流马赫数、吹风比、速度比等气膜冷却设计中常见的气动参数对气膜孔流量系数的影响。基于数值计算结果,提出了一种气膜孔流量系数的计算关联式。与文献中试验数据的对比表明,该关联式精度较高,可以为涡轮叶片冷却设计提供参考。     

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.     

孔_肋相对位置对通道各壁面换热影响

数值模拟了肋和气膜孔的相对位置对矩形通道4个壁面换热特性的影响,重点分析了通道4个壁面换热系数差别以及3种气膜孔位置换热.计算结果和实验数据吻合较好.结果表明:气膜孔位置对同时带肋和气膜孔的下壁面影响最大,孔在肋间上游换热最好,孔在肋中间换热次之,孔在肋间下游换热最差,气膜孔位置对光滑的左右壁面换热影响较小,对只带肋的上壁面几乎没有影响.肋的扰流和气膜孔抽吸使通道下壁面换热系数增幅最大,左右壁面次之,上壁面最小.沿着流动方向,肋扰流和气膜孔出流共同作用导致带肋壁面换热增强因子先增大后减小,光滑壁面换热增强因子先保持不变后减小.     

无坎宽顶堰闸孔自由出流流量系数的推求与验证

针对传统宽顶堰闸孔自由出流流量系数计算公式在大开度、接近堰流情况下流量系数偏小的问题,采用理论分析与试验相结合的方法,研究了无坎宽顶堰在平板闸门与弧形闸门条件下闸后收缩断面水深的变化规律,提出了新的基于闸后水流收缩断面特性来确定无坎宽顶堰闸孔自由出流流量系数的计算公式,并对该流量系数公式进行合理性验证。结果表明,所提公式计算所得无坎宽顶堰闸孔自由出流流量系数符合实际,且流量在大开度下与堰流情况接近、衔接良好。     

旋转对带气膜孔和60°肋内冷通道流场影响的研究

为了更好地认识肋化通道的流动特性,采用非结构化网格及standard к-ε紊流模型,求解三维N-S方程,对带60°肋和气膜孔出流的旋转矩形通道内的三维流场进行了数值模拟,气动参数为:通道人口雷诺数60000,旋转数0和0.11,气膜孔总出流比0.22.重点分析了静止通道和不同旋转方向的旋转通道的流场分布.计算结果表明,静止通道由于斜肋的导流作用产生了平行于肋方向的速度矢量,旋转对流场的影响明显地强于肋对流场的影响.计算结果有利于理解肋化通道的强化换热机理以及孔流量系数的大小.     

基于CFD DEM微细带肋内冷通道中颗粒沉积特性比较研究

航空发动机全天候全域长航时运行时,颗粒随着二次流空气系统进入到涡轮叶片内部,沉积堵塞在涡轮叶片内冷通道中,严重影响了涡轮叶片的冷却性能。本文采用计算流体力学和离散单元法(CFD-DEM)相结合的方法研究了涡轮叶片带肋细小矩形内冷通道中微尘颗粒的流动和沉积特性。所研究的内冷通道肋片周期性布置在通道的一侧,肋片阻塞比和肋间距比分别为0.024和10,考虑了平行直肋、45°斜肋和45°V肋3种肋结构,详细分析了雷诺数、颗粒斯托克斯数、入口颗粒体积分数和肋片的类型对颗粒流动和沉积特性的影响规律。结果表明：颗粒沉积主要发生在第1根肋片的前缘处;颗粒的沉积质量均随着雷诺数、斯托克斯数和颗粒体积分数增加而减小;在所有的肋片类型中,直肋布置时颗粒沉积现象最明显,其次是V肋,斜肋拥有最小的颗粒沉积质量。     

Influence of Turbulators in Blade Cooling Passages on Film Hole Discharge Coefficients

This paper details the results of a joint project between Rolls-Royce Deutschland (RRD) and the Northwestern Polytechnical University of China (NWPU). The objective of the project was the determination of the influence of tabulators in turbine blade cooling passages on film hole discharge coefficients (Cd coefficients). A large-scale plexiglas model was used by the NWPU to measure the turbulator influence on Cd coefficients for a wide range of different geometrical parameters, Reynolds numbers and cooling flow off take ratios. RRD specified the comprehensive test matrix and analysed the test data. The CFD code FLUENT was used by RRD for numerical simulation of the test cases with the main objective to support the interpretation of observed trends. Both, experimental and numerical results will be presented in this paper for a selection of test configurations.     

航空发动机涡轮叶片冷却技术综述

本文综述了当前航空发动机涡轮叶片冷却技术的研究情况,着重介绍了气膜冷却、涡轮叶片内流冷却技术和气膜孔流量系数的研究进展,指出了内流冷却和外部气膜冷却相互影响,在冷却结构设计中应予以考虑。     

涡流室式柴油机燃烧室连接通道流量系数的研究

涡流室式柴油机燃烧室连接通道系数是否能够精确确定，将影响柴油机放经计算及工作过程模拟计算的精度，本在分析近３０年来国内外有关工作的基础上，根据稳流试验的结果，提出了计算涡流室式及变通道涡流室式两种燃烧室连接通道流量系数的两组经验公式，研究结果表明，这些经验公式比取定值定值流量系数及迄今已有的其它经验公式具有更高的可靠性，可提高涡流室式与变通道涡流室式柴油机放热率计算及工作过程模拟计算的精度。     

带交错叉排肋的矩形通道流场和壁面换热特性的数值模拟

为了获得高的换热系数和流动损失小的涡轮叶片内冷通道,提出了在上下壁面交错叉排布置肋的通道结构,利用数值计算的方法研究了通道各个壁面的换热特性、流动特性和流体的温度分布规律。入口雷诺数变化范围为30000~120000。采用结构化网格进行网格划分,利用realizablek-ε湍流模型和增强壁面函数封闭方程。计算结果表明,所提出的通道结构不仅在带肋的上下壁面具有较高的换热系数,大约为2.2~2.4,光滑的左右壁面的换热也增强了1.4~1.6倍,通道内的温度分布呈现出同心圆的分布,在靠近壁面的位置,二次流动较强。     

改变开孔位置对风扇叶片气动特性的影响

基于从叶片压力面到吸力面开孔射流可以延缓吸力面尾缘气流分离的思想,以NASA67风扇叶片为原型进行开孔设计,通过数值模拟分析了开孔射流对该风扇叶片的流动特性、性能和稳定性的影响。结果表明经开孔射流处理能有效改善叶片吸力面尾缘的流动特性,从而提高压气机性能和稳定工作范围,同时合理地选取开孔位置可以进一步有效地发挥开孔射流的作用,从而更好地改善压气机性能。     

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。     

缝隙位置对空心静叶去水性能影响的试验研究

在湿空气平面叶栅缝隙抽吸试验装置上,对汽轮机空心静叶抽吸缝隙的去水性能进行了试验研究。试验条件为:叶栅进口空气湿度为7.94%,水滴直径在1.5～150μm之间,叶栅出口气流速度为170m/s,缝隙宽度为1.0mm,缝隙角度为45°,缝隙位置分别位于静叶的内弧和背弧。试验结果表明:随着缝隙相对位置的增大,缝隙抽吸水量增大;在相同的抽吸压差下,静叶内弧上单位长度缝隙的抽吸水量大于背弧缝隙的抽吸水量;靠近静叶内弧出口边的抽吸缝隙的去水性能最好;另外,随着抽吸压差的增大,缝隙抽吸水量也增大。     

Discharge path observation and the statistical characteristics of discharge paths for long–air gap discharge for in‐operation wind turbines

When a wind turbine is in normal operation, the blades are rotating, and this blade rotation may affect the process of lightning striking the wind turbine. To investigate this problem, long‐gap discharge tests are performed in this study. Moreover, a multiple physical parameter synchronous observation platform is designed for a scaled wind turbine. Long‐gap discharge tests of a static and rotary‐scaled wind turbine with blade tip‐electrode gap distances of 1 to 8 m are conducted, and the discharge paths under different gaps and wind turbine operating conditions are obtained. The characteristic parameters—arc shape upon discharge, lengths of the downward and upward leaders, blade angle at the moment of discharge, and angle of upward leader initiation—are statistically analyzed. The analysis of the aforementioned data indicates that rotation has opposite effects on the discharge characteristic parameters under short and long gap distances. According to the analysis, blade rotation reduces the space charge density of the corona discharge near the tip, which leads to an increase in the field strength near the blade tip and a decrease in the field strength away from the blade tip. Short and long gaps have different degrees of influence on discharge, which changes the difficulty of upward leader initiation at the blade tip and consequently alters the entire discharge process. The obtained results can provide a reference for the lightning protection of wind turbines.