05yj7的内装修及配件.pdf

University ofScience and Technology ofChina Adissertation fordoctor’Sdeg ree lnVeStigationS on Flow and Heat Transfer CharaCteriStiCS ofG as Turbi neCool i ng Channel and Tip Clearance Author: Speciality: Advisor: rinlsned time: Hong Zhang Engineering Thermal Physics Professor JianhuaWang April,2012 中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名:型签字日期::!:::! 中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一,学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。回公开口保密(——年) 作者签名:翌鲎签字日期:!!二!!:竺导师签名: 签字日期: 垫f兰:6:生摘要摘要燃气透平常被喻为航空发动机的“心脏"。纵观航空技术的发展历程,每一次重大进展都离不开燃气透平设计及制造技术的革新。由于航空发动机应用的特殊性,它无疑集中体现了现代动力机械设计和制造的最先进水平,并代表着新一代动力机械的发展方向。正因如此,航空发动机技术历来是世界发达国家优先发展、高度垄断、严密封锁的关键技术,也是一个、科技发展、工业实力及综合国力的重要标志之一。在我国,为了满足高性能、大推力战斗机的发展需求,新一代燃气透平的研发刻不容缓。在保持战斗机重量和尺寸不变的前提下,提高透平入口燃气温度是提高发动机性能的重要途径之一。然而这是一柄双刃剑,因为提高燃气入口温度在获得更高的发动机推重比的同时,给发动机高温部件的可靠性和使用寿命也带来巨大威胁,特别是透平叶片。因此必须采取有效的透平叶片冷却技术来应对这一威胁,以保障高温、高压、高转速工作条件下发动机的可靠性和使用寿命。从早期的时片内部简单直接冷却技术,到如今先进的气膜冷却、层板冷却、内通道肋片与外表面气膜组合冷却技术,燃气透平发动机技术伴随着叶片冷却技术的改进而迅速发展。尽管如此,人们对透平叶片冷却技术仍然不断提出更高的要求:如何设计最佳的冷却结构在达到更好冷却效果的同时降低二次流气动损失?如何用最少的冷却介质达到更合理的冷却效率分布?自航空发动机问世以来,围绕诸如此类伴随着发动机技术发展而衍生的课题,无数科研工作者做了大量的研究工作。尽管如此,时至今日,这些研究课题依旧非常热门。本文以实验研究为基础,结合数值模拟计算,针对航空发动机透平叶片内部肋化冷却通道以及叶片顶部间隙区的流动和换热特性,展开了一系列基础科学问题研究。研究内容主要可分为以下三个部分: 第一部分,透平叶片内部肋化通道换热及流阻特性实验。搭建实验平台, 设计了两种不同几何结构的矩形肋化冷却通道:单面斜肋通道和双面交错排列斜肋通道。测量两种冷却通道的局部和平均换热系数以及肋片导致的二次流气动压力损失,综合比较了两种冷却通道的综合换热效率。所展示的测量数据不仅可为肋化通道结构设计提供参考,还可为数值模拟时选择湍流模型及检验计算方法提供验证数据源。针对附加肋片可以强化换热但同时导致流动压力损失增大这一问题,根据流场的相似性原理,本文首先提出-,ee肋化通道的优化设计方法,即:先固定肋片高度e,改变肋片间距P,通过实验得到综合换热效率最高的肋片间距与高度比pie;然后固定所得到的最佳pie,改变肋片高度P, 寻求固定几何通道中的最佳肋片高度。通过上述两步优化过程,可得到固定几摘要何形状的最佳肋片高度和间距设计参数。此优化方法的特点在于能较大地减少肋片优化设计工作量,提高肋化通道设计工作效率。第二部分,叶顶间隙区流动和换热的实验和数值研究。利用学校工程实验中心先进的示踪粒子图像测速技术(仃矿),捕捉旋转叶片顶部间隙区特征截面上的速度分布。通过不同截面上的速度分布,观察叶片顶部泄漏涡的产生和发展过程,分析泄漏流和叶栅通道流的混合特性。在实验研究的同时,本文利用商业软件,开展叶片顶部间隙流动的换热数值研究,并以实验数据为依