高效的噴霧冷卻技術(shù)的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究.pdf

1、提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率和輸出功率的一個(gè)重要途徑是提高渦輪燃?xì)膺M(jìn)口溫度。隨著材料和冷卻技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)廨啓C(jī)的初溫在不斷提高，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度從600℃增加到1500℃，甚至更高，超出了渦輪葉片金屬材料的允許溫度，從安全運(yùn)行考慮，需要對葉片進(jìn)行冷卻。為了提高葉片內(nèi)部冷卻效率，傳統(tǒng)的空氣冷卻結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，使得高溫合金葉片的制造成本越來越高。水霧/空氣冷卻就是向空氣中添加水霧形成的汽霧兩相流，通過霧滴的相變來改善空氣換熱能力的一項(xiàng)冷卻技術(shù)，將水霧

2、/空氣冷卻技術(shù)應(yīng)用于渦輪葉片的冷卻，能在保證冷卻效果的前提下簡化葉片內(nèi)部的冷卻結(jié)構(gòu)。本文以實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法為基礎(chǔ)，對采用水霧冷卻方式的渦輪葉片高效冷卻方法進(jìn)行了研究。
　　設(shè)計(jì)搭建了水霧/空氣沖擊冷卻實(shí)驗(yàn)平臺并進(jìn)行了空氣和水霧/空氣沖擊冷卻的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水霧/空氣沖擊冷卻的壁面的熱傳導(dǎo)系數(shù)在滯止點(diǎn)的熱傳導(dǎo)顯著加強(qiáng)，同空氣沖擊冷卻相比，在空氣流量為1.0 m3/h工況下，添加60％的水霧使熱傳導(dǎo)系數(shù)提高了108%。
　

3、　用CFX軟件數(shù)值模擬研究了水霧/空氣沖擊冷卻壁面的熱傳導(dǎo)強(qiáng)化冷卻問題，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較吻合，證明數(shù)值計(jì)算的結(jié)果是可信的。水霧含量42.7%的水霧/空氣冷卻同單純空氣冷卻，在空氣流量為2.0m3/h，加熱熱流密度為35%最大熱流的工況，滯止點(diǎn)熱傳導(dǎo)系數(shù)提高了175%，并分析了流場的溫度分布和蒸汽濃度分布特點(diǎn)，解釋了水霧強(qiáng)化冷卻的機(jī)理。
　　利用經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證的氣熱耦合和相變傳熱數(shù)值技術(shù)方法，選用某地面燃?xì)廨啓C(jī)的第二級靜葉，采