氣膜冷卻流場(chǎng)及能量分離的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、燃?xì)廨啓C(jī)是一種高效、清潔的先進(jìn)動(dòng)力機(jī)械，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高其熱效率和輸出功率，需要提高進(jìn)口溫度。所以就需要解決高進(jìn)口溫度和渦輪葉片使用壽命之間的矛盾。氣膜冷卻技術(shù)是一種非常重要的葉片冷卻保護(hù)手段。氣膜冷卻是包含了傳熱傳質(zhì)和渦結(jié)構(gòu)的復(fù)雜流動(dòng)過(guò)程。而流場(chǎng)中因?yàn)闇u產(chǎn)生的壓力變化以及粘性力的作用會(huì)使氣流產(chǎn)生溫度分布差異，即能量分離現(xiàn)象。
　　本文以探究氣膜冷卻流場(chǎng)及其中的能量分離現(xiàn)象為目的，搭建平板氣膜冷卻

2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)，利用三通式熱線風(fēng)速儀和熱電偶，實(shí)驗(yàn)研究了氣膜冷卻的流場(chǎng)及能量分離現(xiàn)象的強(qiáng)度及分布。分別測(cè)量了射流角α=30°的射流平板，在吹風(fēng)比M=1.5、2.0、2.5、3.0、∞工況下X/D=0.1、0.3、0.5、1.0、2.0、4.0、7.0、10、15截面的垂直和水平中心線的溫度、速度分布；并對(duì)M=∞、1.5兩種工況做了數(shù)值模擬。通過(guò)數(shù)據(jù)處理以及對(duì)比分析，有如下結(jié)論：
　　（1）射流速度在X/D≤2.0的范圍內(nèi)衰減較慢，在X/D

3、≥4.0的區(qū)域衰減較快。X/D≤2.0為速度核心區(qū)，X/D=2.0~4.0為過(guò)渡區(qū)，X/D≥4.0為充分發(fā)展區(qū)。湍流度的分布與速度分布呈相反趨勢(shì)。（2）當(dāng)M=∞時(shí)，垂直方向上，X/D=0.3截面處能量分離強(qiáng)度最強(qiáng)。在水平方向上，X/D=0.1、0.3、0.5三個(gè)截面的正負(fù)向能量分離強(qiáng)度呈交替分布，X/D=1.0時(shí)的正負(fù)向能量分離強(qiáng)度均較大。X/D=2.0時(shí)，因射流抬離壁面，垂直和水平方向負(fù)向能量分離現(xiàn)象均消失。每個(gè)截面的能量分離現(xiàn)象都發(fā)

4、生于射流中心的附近。（3）主射流之間的作用導(dǎo)致能量分離現(xiàn)象的改變。M=3.0、2.5、2.0時(shí)能量分離強(qiáng)度最大的截面分別是X/D=0.3、0.1、0.5；M=1.5時(shí)正負(fù)向能量分離強(qiáng)度最大截面分別是X/D=0.3、0.1。（4）對(duì)比所有吹風(fēng)比工況，垂直跨度最大的是M=∞工況，隨著吹風(fēng)比的減小，垂直方向的能量分離范圍隨之減小。能量分離強(qiáng)度最大的是M=1.5工況，故吹風(fēng)比較小時(shí)近孔區(qū)域氣膜冷卻效果較好。（5）數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證了氣膜冷卻流場(chǎng)中