小孔射流對環(huán)形葉柵吸力面流場影響的研究.pdf

1、隨著社會的飛速發(fā)展，人們對飛機(jī)性能提出了越來越高的要求。而航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能直接關(guān)系到飛機(jī)性能的好壞。提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要途徑就是提高渦輪機(jī)的入口溫度，因此如何在現(xiàn)有材料的條件下更有效利用葉片冷卻技術(shù)來提高渦輪機(jī)的入口溫度成為提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)關(guān)鍵問題。特別是葉片的前緣附近區(qū)域，由于邊界層很薄，換熱很強(qiáng)，是渦輪葉片上需要加以保護(hù)的首選部位。采用氣膜冷卻是解決這一關(guān)鍵問題的一種重要方法。不斷對氣膜冷卻中射流和主流的相互作用進(jìn)行

2、深入研究，提高對摻混過程的認(rèn)識，才能更有效地指導(dǎo)今后帶冷卻小孔渦輪葉片的設(shè)計(jì)。 本課題的研究目的是要通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究來揭示射流與主流的摻混機(jī)理，這將有助于解決在氣膜冷卻中如何抑制射流對主流的穿透問題，減弱高溫主流對葉片的直接沖刷，提高冷卻效率； 本課題研究的主要內(nèi)容是研究環(huán)形葉柵吸力面前緣小孔射流時(shí)對主流道流場的影響及其摻混機(jī)理。實(shí)驗(yàn)中前緣小孔的直徑為2mm，孔間距為三倍小孔直徑，射流方向與壁面成90°，吹風(fēng)比為3.0

3、。實(shí)驗(yàn)采用先進(jìn)的LDV激光多普勒測速儀測量不同平面上的流場。同時(shí)還采用CFD軟件對環(huán)形葉柵內(nèi)帶吸力面小孔射流的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬。實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)值模擬都成功捕捉到了射流和主流的摻混過程，并詳細(xì)分析了射流對主流的影響。 本文的主要研究成果如下： 1）設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試了環(huán)形葉柵小孔射流實(shí)驗(yàn)裝置。解決了一些實(shí)驗(yàn)測量中遇到的問題，如激光測量的定位、示蹤粒子的添加等。 2）采用LDV激光多普勒測速儀成功地測量得到了在有/無射

4、流條件下的不同平面上的流場，捕捉到了射流和主流的摻混過程。 3）同時(shí)采用CFD軟件對有/無射流條件下的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，捕捉到了和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似的摻混過程，這為CFD技術(shù)廣泛地應(yīng)用到氣膜冷卻設(shè)計(jì)中打下了基礎(chǔ)。 4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果都發(fā)現(xiàn)射流的摻混作用使得摻混區(qū)軸向速度虧損和周向速度增加，而在射流孔間的軸向速度增加且周向速度減小。 5）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了反旋渦對（CVP）模型不僅適用于平板射流流場，