渦輪外環(huán)塊冷卻結(jié)構(gòu)流動和換熱特性研究.pdf

1、渦輪外環(huán)塊作為隔絕高溫燃?xì)鉀_刷、保持機匣結(jié)構(gòu)完整性的重要部件，其冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計直接關(guān)系到發(fā)動機工作的可靠性。本文以某型發(fā)動機高壓渦輪外環(huán)塊為研究對象，利用數(shù)值模擬和試驗研究相結(jié)合的方法，對渦輪外環(huán)塊冷卻結(jié)構(gòu)的內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)、壓力損失、燃?xì)鈧?cè)表面溫度和氣膜絕熱冷卻效率展開了分析，重點研究了復(fù)雜冷卻通道中冷卻空氣的運動特征、渦輪外環(huán)塊燃?xì)鈧?cè)氣膜絕熱冷卻效率隨吹風(fēng)比、氣膜孔直徑、氣膜孔排布方式等參數(shù)的變化規(guī)律。
　　論文首先利用三維數(shù)值模擬

2、方法，針對某型發(fā)動機高壓渦輪外環(huán)塊的基準(zhǔn)冷卻方案開展的計算，獲得了典型設(shè)計狀態(tài)下外環(huán)塊復(fù)雜冷卻結(jié)構(gòu)中的空氣運動特征，得到了典型冷卻單元的流動損失參數(shù)。同時考慮渦輪葉尖間隙泄漏流所導(dǎo)致的燃?xì)膺\動方向偏轉(zhuǎn)，進一步研究了高溫燃?xì)膺M氣角度對燃?xì)鈧?cè)氣膜覆蓋及冷卻效果的影響。研究中發(fā)現(xiàn)，高溫燃?xì)膺M氣角度顯著影響了外環(huán)塊燃?xì)鈧?cè)的氣膜出流特征，在基準(zhǔn)設(shè)計方案中燃?xì)鉃樨?fù)-60°偏角進氣獲得面平均絕熱氣膜冷卻效率最高。
　　在此基礎(chǔ)上，重點針對燃?xì)鈧?cè)

3、氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，利用了正交工況設(shè)計法，計算了氣膜孔直徑、孔流向間距、孔展向間距等參數(shù)綜合影響下的氣膜絕熱冷卻效率。計算結(jié)果表明，在吹風(fēng)比M<2時，孔徑0.8mm，孔展向間距（S）為7mm、孔流向間距（P）保持不變，間隔排布方式冷卻結(jié)構(gòu)的平均絕熱冷卻效率最高。而對于吹風(fēng)比M=2.0時，孔徑0.6mm，孔展向間距保持不變，孔流向間距為7，間隔排排布的冷卻結(jié)構(gòu)平均絕熱冷卻效率最高。正交試驗結(jié)果的敏感性分析說明在計算工況范圍內(nèi)氣膜孔直徑是影響氣膜

4、平均冷卻效率的主要因素，而氣膜孔展向間距僅次之，而氣膜孔弦向間距在本文研究的工況中影響最小。
　　在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，本文針對外環(huán)塊燃?xì)鈧?cè)的氣膜冷卻結(jié)果開展了試驗研究。重點分析了氣膜孔平均流量系數(shù)Cd隨吹風(fēng)比M（0.6～2.0）、主流雷諾數(shù)Re∞（150000～250000）、氣膜孔雷諾數(shù)Rej（5000～13500）等參數(shù)的變化規(guī)律。試驗中發(fā)現(xiàn)主流、氣膜孔雷諾數(shù)不變時，流量系數(shù)隨著吹風(fēng)比的增大而增加，當(dāng)吹風(fēng)比較大的工況下該趨勢逐