肋片上游障碍物扰流特性及其对换热的影响研究

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1、中图分类号:V231.1论文编号:102870218-S083学科分类号:082502硕士学位论文肋片上游障碍物扰流特性及其对换热的影响研究研究生姓名姚甜学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向传热与燃烧指导教师毛军逵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NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringStudyonFlowandHeatTransferCharacteristicAroundaRibbyUsinganObst

2、acleintheUpstreamRegionAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyYaoTianAdvisedbyProf.MaoJunkuiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,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其他教

3、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涡轮叶片内部冷却通道的设计对于提高涡轮进口温度，进而提高发动机效率具有重要意义。本文以涡轮叶片内部扰流冷却通道为研究对象，采用数值模拟和试验方法，研究了通道内的流动结构和换热特性，为进一步的优化设计及工程研制提供基础数据参考。论文首先介绍和提出了VLES高精度湍流模型，并验证了其计算精度。接着针对典型叶片肋化内冷通道开展了数值计算，获得了通

4、道表面和扰流障碍物表面的换热情况分布规律，并就扰流单元周围的流场结构和流动特性对换热特性的影响展开了分析。在此基础上，文章针对障碍物加肋的典型冷却单元进行了计算，分析了典型工况下的流动和换热特性，并探究了进口Re数（Re=38,000~54,000）和障碍物几何尺寸包括障碍物高度（H/e=1~4，e为肋片高度）、宽度（w/e=1~4）、长度（l/e=1~4），以及与肋片间的间距（s/e=1~4），对通道流动和换热特性的影响，同时进行了敏感性分析。计算结果表明，上游障碍物的存在使得下游障碍物和肋片之间的区域以及肋片表面的换热系数大大增加，同时，肋片下游的换热强化区域更靠近肋片。通道底部壁面

5、换热系数随进口Re数和障碍物法向高度增加而增加。对肋化通道综合性能系数影响最大的是上游扰流障碍物的法向高度与流向长度。在本文的计算工况内，障碍物高度为2e，长度为4e时，具有最大的综合性能系数。最后，论文针对障碍物加肋的冷却单元，利用瞬态液晶技术开展了试验研究，分析了通道壁面Nu数随进口雷诺数（Re=38,000~54,000）和障碍物高度（H/e=1~4）等参数的变化规律。试验中发现随着进口雷诺数Re的增加，内表面换热系数逐步增强。通道底部换热系数随障碍物高度增加而增加。关键词：扰流，肋化通道，流动与换热，大涡模拟，瞬态液晶试验i南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTThedes

6、ignoftheinternalcoolingchannelinsidetheturbinebladeisofgreatsignificanceforimprovingtheinlettemperatureoftheturbineandfurtherimprovingtheengineefficiency.Inthispaper,theinternalcoolingchannelistakenastheresearchobject.Bymeansofnumericalsimulationandexperimentalmethod,theflowandheattransfercharact

7、eristicsofthecoolingchannelareanalyzed,inordertoprovidereferencedataforfurtheroptimizationdesign.Firstly,thehigh-accuracyturbulencemodel——VeryLargeEddySimulation(VLES)wasintroducedandverified.Thentheflowandheattransfer