渦輪機匣換熱實驗與流固耦合數(shù)值研究.pdf

1、渦輪機匣是航空發(fā)動機通過渦輪段的關鍵支撐，是控制發(fā)動機渦輪葉頂間隙的主要部件，它承受著主要的熱負荷、機械載荷和氣動載荷，工作環(huán)境非常惡劣。熱端部件冷卻方法的研究一直是現(xiàn)階段高溫燃氣發(fā)動機關鍵技術的熱點和難點。作為典型的燃氣輪機渦輪段熱端部件之一，渦輪機匣的通道結構因為布局需要通常很不規(guī)則，而且結構復雜，往往包含多種流動形式，導致其換熱規(guī)律差距也很大，很難有統(tǒng)一的計算方法。目前，實驗手段和三維、穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)值方法是研究渦輪機匣流動與換熱問題

2、的兩個有效方式。
　　本文以某型雙層多孔陣列渦輪機匣結構為研究對象，采用基礎的換熱實驗，研究機匣內部的流動與換熱特性，并將實驗結果與商業(yè)軟件ANSYS Fluent流體-固體耦合傳熱計算的結果作比較，兩種方法的流場數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)吻合較好，在一定誤差范圍內，可認為耦合計算具有一定的準確度和可信性。
　　此渦輪機匣冷卻實際上是包含沖擊冷卻和氣膜冷卻的組合式冷卻，實驗采用固定熱源代替實際熱燃氣的研究方法具有一定程度的不足，本文采用

3、流體-固體耦合傳熱方法研究了此具有“沖擊+氣膜”組合式冷卻特點的渦輪機匣結構在真實工況下的換熱特性。首先，研究了氣動參數(shù)吹風比BR對初始模型的冷卻效率、溫度分布和熱通量的影響規(guī)律，分析了氣膜的流向和展向有效性。而后研究了幾何參數(shù)沖擊距H/L和氣膜角β對組合式冷卻換熱特性的影響，結果表明，減小沖擊距和減小氣膜角，都會提升沖擊平面和氣膜平面的平均冷卻效率;減小氣膜角還能有效提升氣膜的流向和展向有效性。
　　本文的相關研究都能為工程設計