層板冷卻單元的流動換熱計算模型研究.pdf

1、隨著航空工業(yè)的高速進(jìn)步和國防安全的迫切需求，世界各國對航空發(fā)動機(jī)的性能提出了更高的要求。層板冷卻集結(jié)了多種冷卻技術(shù)于一身，對于提高渦輪進(jìn)口溫度、減少冷氣量等均具有十分重要的意義，將是發(fā)展新一代航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。因此，層板冷卻技術(shù)的研究是渦輪冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的重要課題。
　　本文將以某型航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片層板冷卻結(jié)構(gòu)為研究對象，通過數(shù)值模擬方法對1：4：2型層板冷卻單元的流動換熱計算模型進(jìn)行分析和研究，為今后的渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)的

2、設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。
　　首先參照相關(guān)文獻(xiàn)，應(yīng)用UG軟件建立層板冷卻單元的三維模型，通過ANSYS ICEM進(jìn)行六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，應(yīng)用ANSYS CFX進(jìn)行數(shù)值模擬計算，將不同擾流柱高度下的換熱系數(shù)結(jié)果與文獻(xiàn)中的實驗結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明：數(shù)值模擬方法在層板冷卻單元研究過程中具有一定的準(zhǔn)確性。
　　由哈爾濱工業(yè)大學(xué)發(fā)動機(jī)氣體動力研究中心自主開發(fā)的參數(shù)化程序可快速完成層板冷卻單元的模型及網(wǎng)格的建立，降低了對手動建模及網(wǎng)格劃分

3、的要求，大大的提高了計算過程的效率。在此參數(shù)化程序的基礎(chǔ)上，分別改變雷諾數(shù)的大小、擾流柱的位置、擾流柱直徑與進(jìn)氣孔直徑比、擾流柱形狀，通過對流阻系數(shù)、努塞爾數(shù)、壁面溫度等目標(biāo)參數(shù)的對比，分析得出了不同參數(shù)下層板模型內(nèi)部的流動及換熱情況。結(jié)果表明：雷諾數(shù)增大、擾流柱直徑與進(jìn)氣孔直徑比增大、形狀的改變均有利于綜合換熱的增強(qiáng)，擾流柱位置的改變對綜合換熱影響不大。
　　在深入分析流動及換熱規(guī)律的基礎(chǔ)上，將相關(guān)文獻(xiàn)作為分析參考，通過對雷諾數(shù)

4、、冷氣進(jìn)口溫度、單元邊長與沖擊孔直徑比、沖擊孔高度與沖擊孔直徑比、擾流柱高度與沖擊孔直徑比、擾流柱間距與擾流柱直徑比、氣膜孔高度與氣膜孔直徑比各參數(shù)的計算，利用疊加、擬合等方法，總結(jié)出了復(fù)合沖擊、擾流、氣膜多種冷卻方式的層板單元總的流阻系數(shù)、努塞爾數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，進(jìn)而作為層板結(jié)構(gòu)的設(shè)計指導(dǎo)。并將所得出的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較，作為上述工作的驗證和完善。結(jié)果表明：所得出的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式反應(yīng)了層板冷卻單元的流動及換熱情況，并與數(shù)值模擬