气膜—发散组合冷却结构流动换热特性研究

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1、中图分类号：V231.1论文编号：102870218-S026学科分类号：080701硕士学位论文气膜-发散组合冷却结构流动换热特性研究研究生姓名田美学科、专业工程热物理研究方向传热传质与高效换热指导教师杨卫华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NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringInvestigationonFlowandHeatTransferCharacteristicsofFilm-eff

2、usionCoolingAThesisinThermalPhysicsEngineeringByTianMeiAdvisedbyProf.YangWeihuaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,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育机构的学位或证书而使用过的材料

3、。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随着航空发动机的推重比不断提高，其面临的高温挑战愈加严峻。火焰筒作为燃烧室的重要部件，在燃烧过程中承受着最高的温度载荷。为了保证火焰筒的耐久性和可靠性，必须采用先进高效的冷却措施对火焰筒壁面进行冷却。气膜-发散组合冷却结构形式集成了纯气膜冷却和纯发散冷却的优点，是一种先进的冷却方式。目前，针对气膜-发散组合冷却结构冷却特点以及影响因素的研究还不够充分，为此

4、，本文设计了三种不同发散孔排布形式的组合冷却结构，采用实验研究与数值模拟相结合的方法研究了气动参数和几何参数对综合冷却效率、绝热冷却效率和对流换热系数的影响规律，结果表明：（1）主流雷诺数在实验范围内，对综合冷却效率、绝热冷却效率影响不大；但对对流换热系数有一定的影响，随着主流雷诺数的增大，对流换热系数逐渐增加。（2）吹风比对气膜-发散组合冷却结构的传热特性有一定的影响，当吹风比M由0.5增大到4时，随着吹风比的增大，实验板综合冷却效率明显升高，但当吹风比超过4后，继续增大吹风比，综合冷却效率以及绝热冷却效率均未呈现明显的增加趋势，而对流换热系数随着吹风比的增加而提高。（

5、3）有、无气膜缝槽对气膜冷却的综合冷却效率、绝热冷却效率和对流换热系数有较大的影响，一般而言，气膜缝槽会使得综合冷却效率、绝热冷却效率和对流换热系数得到提升。（4）对于三种发散冷却结构，流向间距最大、展向间距最小的实验板Ⅲ的对流换热系数和绝热冷却效率要高于其他两种形式，流向间距和展向间距均居中的实验板Ⅱ次之，流向间距最小、展间距最大的实验板I最低。从综合冷却效果来看，当吹风比小于5时，实验板I的综合冷却效率明显高于其它两种实验板；当吹风比超过5后，在发散板的后半部分，实验板Ⅲ的综合冷却效率得到了明显提高。关键词：航空发动机，火焰筒冷却，气膜-发散组合冷却，综合冷却效率，绝

6、热冷却效率，对流换热系数I气膜-发散组合冷却结构流动换热特性研究AbstractWiththeaeroenginethrustweightratioincreasing,itfacesmoreseverechallengesathightemperature.Asthemostimportantpartofthecombustionchamber,theflametubebearsthehighestthermalstressduringthecombustionprocess.Inordertoensurethedurabilityandreliabilityofthe

7、flametube,itisnecessarytouseadvancedandefficientcoolingmeasurestocoolthewalloftheflametube.Thefilm-effusioncombinationcoolingstructureisanadvancedcoolingmethodwhichintegratestheadvantagesofpurefilmcoolingandpureeffusioncooling.Atpresent,theresearchonthecoolingcharac