透平叶栅端壁流动和换热特性实验研究

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1、令辞學戒桌大彥硕士学位论遣平叶栅端壁丸动和换热特性论文题目卖洽研允于卑作者姓名程热物理学科专业王走华教援导师姓名二一五年五月完成时间肀豳科嗲裁水大嗲硕士学位论文透平叶栅端壁流动和换热特性实验研究作者姓名：于军学科专业：工程热物理导师姓名：王建华教授完成时间：二〇一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster'sdegreeandExperimentalInvestigationsonFlowandHeatTransferCharacteristicsofTurbineEnd

2、wallAuthor：：：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宄工作所取得的成果。除己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宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：：孑涿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

3、数据库进行检索，可以釆用影印、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。开口保密（年）签字日期：：冰、、签字日期摘要摘要提高透平燃气入口温度是改善航空发动机性能和提高其经济性的重要途径，目前透平入口温度已远远超过当前可用材料耐热性能的极限。为了保证燃气透平高温部件的可靠运行及合理寿命，必须釆取有效的冷却措施。近年来，作为透平叶栅重要组成部分的叶栅端壁冷却受到了广泛的关注。一方面，由于端壁附近复杂二次流的存在使得该区域通常难以有效利用气膜冷却，另一方面，冷气出流与通道内主流及二次

4、流的相互作用对端壁区域的流动和换热规律产生强烈的影响。因此，本文研究叶栅端壁冷却相关的流动和换热规律具有一定的挑战意义。主要工作有：在低速循环水洞中，利用自制的测量系统，实现了无气膜出流时线性叶栅端壁流场的细致测量。在测得速度场的基础上进行统计分析，得到了各测量截面时均速度场、流线涡量和采样点功率频谱图。通过对二次流时均和瞬态特性的分析，清楚地展示了叶栅端壁二次流的演变过程。在叶片前缘上游端壁布置不同几何结构的气膜孔，并分别利用、技术测量和演示了端壁二次流和冷气浓度分布，研究了端壁气膜出流对二次流特性的影响。通过比较圆形孔、窄缝孔以及不同结构窄缝孔出流与二次

5、流的相互作用，揭示了前缘端壁不同结构孔型气膜冷却作用的本质。通过电加热风洞模拟涡轮叶栅端壁高温工作环境，并利用红外热像技术对前缘上游端壁冷却特性进行了传热实验研究。通过对主流雷诺数及温度、冷热气流吹风比及温度比、冷气出流角以及不同冷却结构等方面的定性和定量分析，总结了叶栅前缘上游端壁的冷却特性。主要创新点：过去的时平均测量方法很容易忽略端壁二次流非稳定特征，本文通过自制的高时间分辨率系统不仅记录了流场时均特性，而且还捕捉到二次流瞬态特征，这些瞬态特征丰富了对端壁二次流规律的理解。马蹄涡的非定常运动会引起叶片前缘端壁非常髙的传热效率，导致端壁极易被烧毁。本文提

6、出前缘上游端壁布置窄缝气膜孔的思想，利用端壁冷气出流来抑制前缘马蹄涡的形成，削弱二次流的不利影响，同时起到冷却端壁的作用。过去研宄叶栅端壁传热时，常以壁面绝热假设为前提，利用陶瓷、玻璃等低导热材料，在低温环境下研宄端壁换热特性，而本文实验件釆用耐高温材料制造，并在高温热风洞中模拟涡轮工作环境进行实验，测量数据更具有参考价值。关键词：叶栅端壁二次流气膜冷却流动和换热实验研宄AbstractABSTRACTAnimportantwaytoimprovetheperformanceandefficiencyofaircraftenginescanbeachieve

7、dthroughhigherturbineinlettemperatures.Nowtheturbineinlettemperaturesarefarbeyondthelimitoftheheat-resistingabilityofcurrentturbinematerials，，，，，，AbstractThesecondaryflowintheturbinecascadeexhibitsthecharacteristicsofstrongunstability，，，，，目录目录第章绪论燃气透平冷却特性研究的背景及意义燃气透平冷却技术概述叶栅端壁冷却特性的

8、研宄现状叶栅端壁流动和传热特性研宄进展端壁冷却特性的