旋转状态下孔排构型气膜冷却特性实验研究

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1、第31卷2010焦第8期8月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．31No．8Aug．20lO文章编号：1000—6893(2010)08—1524—14旋转状态下孑L排构型气膜冷却特性实验研究杨彬1，徐国强2(1-中国民用航空总局航空安全技术中心，北京100028)(2．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)ExperimentalStudyofFilmCoolingonaRotatingModelwithaSingleRowofHolesYangBinl。XuGuoqian92(1．C

2、enterofAviationSafetyTechnology，CivilAviationAdministrationofChina，Beijing100028，China)(2．SchoolofJetPropulsion，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)摘要：通过对旋转状态下带有孔排构型平板叶片模型表面的气膜冷却换热特性进行实验研究，得到了不同吹风比、旋转数、主流雷诺数和密度比情况下气膜孔下游流向位置上绝热效率的变化规律，同时提出了一个新的用于评价气膜

3、冷却效果优劣的无量纲参数——有效覆盖率(EAR)。实验采用空气和二氧化碳作为冷却工质，利用热色液晶测温(TLC)技术对测试表面的二维温度场进行测量，并通过旋转拍照系统对液晶图片进行即时采集。研究结果表明，吹风比对旋转状态下二次流的流动形态起着决定性作用。随着吹风比的增大，二次流经历了附壁流动、分离流动和分离再附壁流动3种形态。当旋转数增大时，吸力面和压力面上的绝热效率呈现先上升后下降趋势，且压力面上整体绝热效率要高于吸力面对应值。主流雷诺数的增大导致壁面绝热效率出现降低趋势，但整体冷却效果变化不大；冷气对主流密度比的增大则有助于壁面冷却效果的改善。此外

4、，EAR可以对不同工况下的壁面气膜冷却效果进行量化比较和评判，因而极具工程推广价值。关键词：气膜冷却；绝热效率；叶片模型；热色液晶；旋转中图分类号：V231．1文献标识码：AAbstract：Distributionsofadiabaticfilmcoolingeffectivenessfordifferentblowingratios，rotationnumbers，mainstreamReynoldsnumbersanddensityratioareexperimentallyinvestigatedonarotatingflatblademode

5、lwithasinglerOWoffouriniectionholes，andanewdimensionlessparameter。namelyeffectivearearatio(EAR)，isproposedtOevaluatetheintegratedcoolingperformanceoffilmcooling．Boththeairandcarbondi—oxideareusedascoolant，andthesteady-statethermochromicliquidcrystal(TLC)techniqueisemployedtOmeas

6、urethetemperatureprofilesonthetestsurfacewhiletheTLCimagesarerecordedinstantaneouslybymeansofarotatingshootingsystem．Theresultsshowthattheaverageblowingratioplaysadecisiveroleintheflowpatterns．Withtheincreaseoftheblowingratiothecoolantflowsfirstappressedly．thenseparatelyandthena

7、gainattachingafterseparation．Withtheaugmentationoftherotationnumber，thelaterallyaveragedadiabaticeffectivenessonthepressureandsuctionsurfacesincreasesfirstbutdeclinesagain，andoveralleffec—tivenessonthepressuresurfaceissuperiortOthatonthesuctionside．IncreaseoftheReynoldsnumberste

8、ndstOdiminishtheadiabaticeffectivenessslightly，