带扰流柱进气方式的缝形孔气膜冷却特性研究

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1、中图分类号：V231.1论文编号：102870218-S018学科分类号：080701硕士学位论文带扰流柱进气方式的缝形孔气膜冷却特性研究研究生姓名蔡庆芝学科、专业工程热物理研究方向传热与传质指导教师张靖周教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一七年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonFilmCoolingCharacteristicsfromPin-FinMe

2、sh-FedSlotAThesisinThermalPhysicsEngineeringbyCaiQingzhiAdvisedbyProfessorZhangJingzhouSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofPhilosophyDecember,2017承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或

3、其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入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。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要气膜冷却作为一种有效的热防护手段，被广泛应用在航空发动机热端部件强化冷却中。众所周知，二维狭缝是一种理想的气膜冷却结构，它能够在被冷却壁面形成均匀分布的冷却气膜。然而由于涡轮设计中的诸多实际制约因素，在高温涡轮部件表面开设一定深度的连续缝槽往往是不切实际的。近年来，有学者提出将近壁冷却通道冷却与

4、表面狭缝气膜冷却融为一体的冷却方式，目前针对这种新型的格栅进气气膜冷却特性的研究尚十分缺乏。基于以上背景，本文针对带扰流柱进气方式的缝形孔气膜冷却特性进行了数值和实验研究。本文首先针对带扰流柱进气方式的缝形孔气膜绝热冷却特性进行了数值计算，分析了上唇口斜角、扰流柱形状以及吹风比对气膜绝热冷却特性的影响。结果表明：带扰流柱进气方式的缝形孔气膜出口冷却气流速度分布存在很大的不均匀性，唇口角度对气膜射流与主流的相互作用及气膜绝热冷却效率有较大的影响；相对于圆形扰流柱，椭圆形和水滴形扰流柱作用下的气膜绝热冷却效率更高，通道流动阻力更小，气膜孔流通能力更强；

5、绝热冷却效率随吹风比的增加有所提高。扰流柱的加入，使得该缝形孔冷却结构不仅对气膜出流下游壁面有一定的冷却效果，还对气膜孔上游壁面也起到一定的冷却作用。因此，本文对带扰流柱进气方式的缝形孔气膜综合冷却特性进行了数值研究，分析扰流柱形状、扰流柱通道长度、扰流柱直径以及吹风比对综合冷却特性的影响。结果表明：对于气膜出口上游区域，圆形扰流柱作用下的综合冷却效率较高，椭圆形和水滴形作用下的较低，而对于气膜出口下游区域，正好相反，椭圆形和水滴形扰流柱作用下的综合冷却效率要高于圆形扰流柱作用下的综合冷却效率；扰流柱通道长度减小，流量系数增加，气膜孔流通能力增强，

6、气膜出口上游冷却范围减小，下游综合冷却效率增加；扰流柱直径减小，综合冷却效率升高，流量系数减小，气膜孔流通能力减弱；吹风比增大，综合冷却效率也随之增大。随后，在数值计算的基础上，针对不同扰流柱形状下的气膜绝热冷却特性和综合冷却特性进行了实验研究。结果表明：扰流柱形状对气膜绝热冷却特性和综合冷却特性的影响，与数值计算的结果基本吻合。关键词：扰流柱进气，气膜冷却，数值计算，绝热气膜冷却效率，综合冷却效率I带扰流柱进气方式的缝形孔气膜冷却特性研究ABSTRACTAsaneffectivemeansofthermalprotection,filmcooli

7、nghasbeenwidelyusedinthecoolingofgasturbineengines.Itiswellknownthatthetwo-dimensionalslotisanidealfilmcoolingstructure,whichcanformauniformfilmlayerovertheprotectedsurface.However,duetomanypracticalconstraintsinturbinedesign,itisimpracticaltobeusedonthesurfaceofahotturbinecom

8、ponent.Inrecentyears,somescholarshavecombinedthenear-wallcool