出口-入口面积比对收缩扩张形孔气膜冷却特性影响的机理研究

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1、第2卷第1期2011年2月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGVoI．2NO．1Feb．2011文章编号：1674—8190(201i)01—115—07出口一入口面积比对收缩扩张形孔气膜冷却特性影响的机理研究李永红，刘存良，朱惠人(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：本文选取Realizable七一￡湍流模型和增强壁面函数，采用数值模拟研究了两种出口～入口面积比不同的收缩扩张形孔的气膜冷却机理。结果表明：出口一入口面积比AR变化对收缩扩张形孔气膜冷却的流场、温度场结构特点没有本质的影响．因此对冷却效率和换热系数的分

2、布规律都没有明显影响；但AR变化对收缩扩张形孔的冷却效率和换热系数的数值影响较大：AR越大，气膜的湍流度越高，平均冷却效率越低；大AR孔形下游的流场速度相对同一动量比下的小AR孔形的流场速度较小，因此换热系数在上游较低，但在下游区域，对涡结构又增强r大AR孔形下游很大区域内的换热。关键词：气膜冷却；收缩扩张形孔；出口一入口面积比；冷却特性；数值模拟中图分类号：V233．5文献标识码：AStudyonthePhysicsofFilm—coolingofConverging-expandingHoleswithDifferentExit—entryAreaRatiosLiYonghong，LiuC

3、unliang，ZhuHuiren(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：NumericalsimulationiscarriedouttOinvestigatethefilmcoolingmechanismoftWOconverging—ex-pandingholeswithdifferentexit-entryarearatios．TheRealizableturbulencemodelwithenhancedwallfunctioniSused．Resul

4、tsshowthatasthefeaturesoftheflowfieldsandthetemperaturefieldsinthetwoholesaresimi—larwitheachother，thedistributionfeaturesofthefilmcoolingeffectivenessandtheheattransfercoefficientofthetwoholesarealsoverysimilar．However，thecoolingeffectivenessoftheconverging-expandingholeswithlargeexit-entryarearati

5、oislowerrelativelybecausethefilm’Sturbulenceintensityfromthisholeishigher．Theheattransfercoefficientoftheconverging—expandingholewithsmallexit-entryarearatioisrelativelyhigherintheupstreamregionbecausethejetvelocityishigherandtheturbulenceintensityofthefilmislower．However，thecouplevorticesenhancethe

6、heattransferinthedownstreamregionfortheconverging—expandingholewithlargeexit—entryarearatio．Keywords：filmcooling；converging-expandinghole；exit-entryal'earatio；coolingperformance；numericalsimulation0引言气膜冷却作为高性能航空发动机高温部件冷却的关键技术之一，其发展历程已有数十年，并且收稿日期：2010—04—09；修回日期：2011一01·1z基金项目：国家973计划项目(2007CB707701)

7、通信作者：李永红。liyongh@nwpu．edu．ca随着燃气温度的不断提高。气膜冷却技术也在不断的发展改进。由最初的低吹风比的应用发展到高吹风比的应用，气膜孔形也由最初的圆柱形孔向非圆柱形孔演变。由文献E1]可以看出圆柱形孔首先发展为出口扩张的孑L形，这种孑L形以扇形孔为代表。文献[2]通过实验研究了扇形孔的各种几何参数，如长径比L／D、孔出口与入口的面积比、倾斜角度等，对冷却效率和孔的流鼍系