对层板冷却效率随主流流动方向变化的数值研究.pdf

《对层板冷却效率随主流流动方向变化的数值研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、对层板冷却效率随主流流动方向变化的数值研究聂建豪，朱惠人，任战鹏(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)NumericalInvestigationoftheCoolingEffectiveness’SChangeofLaminatePorousPlatesintheDirectionoftheMainstreamFlowNIEJian—hao，ZHUHui—ren，RENZhan—peng(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’

2、an710072，China)摘要：采用CFX软件，研究了层板冷却结构平忽略，但是主流状态的改变会对层板的换热造成影均综合冷却效率，在吹风比M一0．8，1．24和1．66响，所以，研究主流对层板换热的影响，有助于深入时沿主流流动方向的变化情况，湍流模型选择了了解层板冷却机制，因此，针对主流对层板冷却效率SST忌一双方程模型。的影响进行了流固耦合模拟，计算结果与实验数据关键词：层板；数值计算；耦合换热；冷却效率进行对比，数值模拟结果和实验数据的最大相对误中图分类号：TP391．9差为4．99。同时，对层板和全气膜冷却结构进行文献

3、标识码：A对比，结果显示层板冷却效率高于全气膜冷却结构。文章编号：1001—2257(2013)09—0071—031数值计算Abstract：Inthisstudy，steadyCOnjugatenu—mericalsimulationwasconductedtoinvestigatethe1．1几何模型effectofmainflowonthecoolingeffectivenessof层板几何参数包括冲击孔直径D一1mm；气膜laminateporousplatesbyemployingCFXsoft—孔直径比D／D=1

4、．33；扰流柱直径比D／D一1．6；ware．TurbulencemodelwasSST忌一∞doubleequa—扰流柱间距的比B一3／2；扰流柱高度的比H／D=tionmodelandthewallfunctionwasautomatic．1．33；进气板厚度比H／D一2．4；出气板厚度比Keywords：laminateporousplate；numericalH／D=1．34；孔间距比S／D一6．4等[3]。具体参数simulation；COnjugateheattransfer；averagecooling如图l所示

5、。而流体域几何模型上壁面高出固体域effectiveness3Omm，冷气入口处低于固体域下表面14mm。O引言综合成本和冷却效率等各种因素，层板冷却结构在航空发动机各种冷却技术中具有极大的优势]。层板集冲击冷却、扰流柱扰流和气膜冷却等冷却手段于一身，不仅冷气用量少，而且其冷却效率高，接近发散冷却。郁新华和全栋梁等研究了扰图1层板结构参数流柱排布、开孔率、层板层数和层板加工工艺对层板1．2网格划分流阻特性的影响，以及吹风比对不同层板换热特性使用ANSYS12．1自带的ICEM对流体域和的影响[卜。陶智等研究了吹风比对层板冷却的

6、影固体域进行网格划分，其中流体域使用非结构化网响。目前，公开发表的论文对层板换热的研究基格，在与固体域接触的附近区域使用密度盒进行网本上关注于二次流，而关于主流对层板的影响予以格加密，同时在流体域与固体域相接的面上生成1O收稿日期；2013一O3一O4层边界层，保证Y+在0～1之间，网格单元数为《机械与电子}2013(9)·7】·层板冷却效温度，即平均综合冷却效率降低，但此处的冷却效率高于第一排气膜孔处的冷却效率，而后面的气膜孔⋯⋯⋯．：：毒’⋯位置处，由于前面的冷气不断被吹向后面层板壁面．处，在壁面附近逐渐形成一个完整的气膜

7、，使壁温偏向二次流温度，即平均综合冷却效率会不断升高。鲁槲较2．3层板与全气膜冷却的比较罱imulion数值模拟采用的全气膜冷却气膜孔排布方式、佥'一⋯。≈Ⅱ直径和板厚与层板结构一致。数值模拟中保证主流蝣；啮04050607080和二次流对应的人口条件以及出口条件一致。层板与主流入口相对位置x／D，Br=1．24层板的冷却效率比全气膜高。因为二次流在流：：IIh一上—---JL出气膜孔之前与层板进行了冲击换热，同时由于扰⋯拿；⋯一⋯⋯十⋯⋯⋯流柱的扰流作用，二次流与层板的对流换热也加强。：：：：!：!：而全气膜冷却结构没有冲击

8、冷却与扰流柱扰流这些30405060，00冷却方式，其冷却效率会比层板低，如图6所示。层板与主流入口相对位／D，Br=0．80图7数值计算与实验数据的对比槲较3结束语霜佥dⅡ通过对数值模拟结果的分析，以及与实验数据蝾的对比，得出：层板平均综合冷却效率沿主流流动方向先升高而后下