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)的高速進步和國防安全的迫切需求，世界各國對航空發(fā)動機的性能提出了更高的要求。層板冷卻集結了多種冷卻技術于一身，對于提高渦輪進口溫度、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)動機的關鍵技術。因此，層板冷卻技術的研究是渦輪冷卻結構設計人員的重要課題。
　　本文將以某型航空發(fā)動機渦輪葉片層板冷卻結構為研究對象，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行分析和研究，為今后的渦輪葉片冷卻結構的

2、設計提供理論基礎。
　　首先參照相關文獻，應用UG軟件建立層板冷卻單元的三維模型，通過ANSYS ICEM進行六面體結構化網(wǎng)格劃分，應用ANSYS CFX進行數(shù)值模擬計算，將不同擾流柱高度下的換熱系數(shù)結果與文獻中的實驗結果進行對比。結果表明：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確性。
　　由哈爾濱工業(yè)大學發(fā)動機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。結果表明：雷諾數(shù)增大、擾流柱直徑與進氣孔直徑比增大、形狀的改變均有利于綜合換熱的增強，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)律的基礎上，將相關文獻作為分析參考，通過對雷諾數(shù)

4、、冷氣進口溫度、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，總結出了復合沖擊、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)驗關聯(lián)式，進而作為層板結構的設計指導。并將所得出的經(jīng)驗關聯(lián)式與數(shù)值模擬結果進行比較，作為上述工作的驗證和完善。結果表明：所得出的經(jīng)驗關聯(lián)式反應了層板冷卻單元的流動及換熱情況，并與數(shù)值模擬