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1、平板气膜冷却的传热特性研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：热能工程系工程领域：动力工程申请人：蒋兴文指导教师：姜培学教授联合指导教师：雷鸣研究员二○一五年六月ResearchontheHeatTransferCharacteristicsofFlatPlateFilmCoolingThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMasterofPowerEngineer
2、ingbyJiangXingwen(PowerEngineering)ThesisSupervisor:ProfessorJiangPeixueAssociateSupervisor:ProfessorLeiMingJune,2015摘要近几十年来，燃气轮机技术的发展一直是各国工业发展中的重点。在我国，虽然燃气轮机技术发展的起步较晚，但是随着国家的重视与政策的扶持，这些年国内燃气轮机产业进入了高速发展的时期，相关技术也投入了大量资金和人力进行研究，通过各个方面共同推动，共同努力，在这一领域取得了巨大的成就，特别是燃气轮机中的一
3、项关键技术——高热负荷的部件冷却技术，在大量的研究和实验验证的努力下，冷却技术获得了长足的进步。本文利用实验研究的手段，探索了气膜冷却这一关键技术的工作原理和提升该技术的核心方法，研究了相关参数，包括几何参数以及流动参数与气膜冷却中冷却效率、流量系数等人们重点考察的物理量之间的关系，总结了气膜孔的几何结构以及主流和二次流的流动对气膜冷却效果的相关影响，并通过所得的实验数据，拟合了相关准则关系式，构造了多排孔基于单排孔的叠加关系式，对工程上的实际应用提供了帮助。实验研究表明，冷却效率与吹风比、孔倾角、长径比等参数有着密切关系，吹
4、风比增大，会引起冷却效率的先升高而后降低，孔倾角和长径比变化同样会引起效率的变化；而流量系数方面，实验结果显示，气膜孔的角度和长径比对其影响较大，当然吹风比也是引起流量系数变化的重要因素之一。本文还通过数值模拟、使用不同的湍流模型，对气膜冷却开展了数值研究。获得了流场、温度场、冷却效率以及流量系数等，数值模拟结果与实验结果基本一致，大涡模拟结果与实验数据更好地吻合。计算结果表明，换热系数与吹风比之间的关联紧密，其分布规律也在一定程度上反映了冷却效果的优劣。关键词：燃气轮机；气膜冷却；冷却效率；流量系数；吹风比AbstractI
5、nrecentdecades,thedevelopmentofgasturbinetechnologyhasbeenthefocusinthenationalindustry.InChina,thestudystartedabitlate,butasthegovernmentpayingmoreandmoreattentiontoit,inrecentyears,thedomesticgasturbineindustryhasenteredaperiodofrapiddevelopment.Also,alotofmoneyan
6、dmanpowerhavebeeninvestedforresearches.Throughtheeffortsofalltheaspects,itmadeagreatachievementinthisfield,especiallyonthekeytechnologyinthegasturbine,forexample,thecoolingtechnologyforheatloadcomponent.Underalotofresearchesandexperiments,coolingtechnologyobtainedag
7、reatprogress.Thispaperexplorestheprincipleofthefilmcoolingandthekeywaytopromotethetechnologybyexperiments.Itstudiedtherelationshipamongtherelatedparameters,includinggeometricandflowparameters,withthecoolingefficiencyandthedischargecoefficient,andsummarizedthegeometr
8、icstructureofthefilmholeandhowthemainstreamandsecondaryflowimpactonthefilmcoolingeffectiveness,thenfittingtherelatedempiricalformulae,cons
