斜射流梯形腔内靶面的冲击冷却换热特性实验研究

为了深入了解冲击冷却在涡轮叶片前缘的应用效果,建立了其附近梯形内冷通道的放大模型,对冲击冷却进行试验研究,测量腔内流场和壁面换热特性,在已掌握流动结构的基础上进行换热分析,更好地理解此类受限通道内冲击冷却的强化换热机理,为更高效的内冷通道设计提供参考。使用热电偶对通道靶面温度进行了详细测量,研究射流角度、横流和射流雷诺数对靶面换热努塞尔数的影响规律。结果表明:较低位置射流对靶面具有较强的冲击作用,而较高位置射流未对靶面形成冲击;射流入射角度的增加会提高较低位置射流在靶面上的冲击换热能力,对较高位置射流的换热没有明显影响;较强的横流将严重削弱靶面冲击区的换热能力,射流雷诺数的增加将大幅提高整个靶面上的换热能力;换热试验结果与前期研究的流场分析结论非常一致。     

加力燃烧室双层壁隔热屏综合冷却效率的实验研究

为了研究加力燃烧室双层壁隔热屏的冷却特性，进行了综合冷却效率的模化及关键参数的匹配，通过红外测温技术测量了气膜板主流侧的综合冷却效率分布，研究了冲击孔板开孔率（φ=0.5%，0.6%，0.7%，0.8%）和动量比（I=0.02~1.38）对双层壁隔热屏综合冷却效率的影响。研究结果表明：实验室工况（主流与二次流温度比T_g/T_c=2）相对于发动机工况（T_g/T_c=4）的综合冷却效率偏差在0.054以内。沿着主流的流动方向，气膜平板主流侧的综合冷却效率波动增长。随着动量比的增大，冲击驻点区附近的综合冷却效率得到提升，气膜平板中下游的气膜覆盖形状逐渐消失，气膜平板上游的综合冷却效率增幅较大。随着开孔率的提高，冲击孔和气膜孔排布变密，冲击换热增强及气膜叠加效果提升，使开孔率由0.5%增大到0.8%时，面平均综合冷却效率提高21.2%，而主流和二次流的掺混加强了气膜平板主流侧的换热，导致综合冷却效率的增幅下降。     

后台阶三维缝隙气膜冷却的非稳态数值模拟

为了进一步深入了解涡轮叶片尾缘冷却结构的气体流动情况及冷却特性,在原有稳态计算模型的基础上建立了非稳态的计算模型,研究了不同吹风比下(0.5,2.0)的出口壁面冷却效率的分布情况。计算结果表明:(1)非稳态效应使得出口下游的湍流度增大,非稳态时均冷却效率的计算结果比稳态的要低一些。(2)吹风比为2.0时,二次流对出口附近流动起决定作用,并且冷气的横向掺混充分,主流二次流的上下掺混缓慢;吹风比为0.5时,主流与二次流的上下掺混剧烈,非稳态的计算结果在出口肋后附近的冷却效率比稳态结果有所提高。(3)非稳态的计算结果比稳态的计算结果更接近实验结果。     

冷却孔非均匀排布波纹板隔热屏冷却特性仿真

为了更加合理地分配冷却气体流量，提高纵向波纹板隔热屏结构的气膜冷却效率，提出了非均匀孔排布局波纹板隔热 屏结构，即保持开孔率不变，构建了上游波纹结构气膜孔排布密集、下游波纹结构气膜孔排布稀疏的非均匀结构。在发动机真实 工况下，采用数值仿真的方法研究了非均匀孔排方式对沿程冷却气体流量分配特性和气膜冷却特性的影响规律，揭示了振幅比变 化对波纹板隔热屏冷却效果的影响规律。结果表明：前密后疏型非均匀孔排布局可以改变冷却气体在隔热屏不同位置处的出流 量，从而显著提高隔热屏的气膜冷却效率。在气膜孔孔参数以及开孔率不变时，增大隔热屏上游孔排密度既可以提高隔热屏上游 的冷却效果，又不会明显降低隔热屏下游的冷却效果，使隔热屏整体面平均气膜冷却效率有所提高，相比于均匀孔排结构，前密后 疏孔排布局最高可使隔热屏面平均气膜冷却效率提高12.66%；在相同工况下，当振幅比从0.035增大至0.075时，隔热屏的面平均 气膜冷却效率显著提高，最高可使其面平均气膜冷却效率提高16.32%。     

射流布局结构对短通道出流孔流场影响的实验

用五孔针对两种不同错排射流布局下小长径比、进出口无倒角的直孔内流场进行了详细的测量,着重研究不同通道高度时射流布局对孔内流动规律的影响。实验结果表明:在通道高度比为1时,射流布局影响较小,孔内流动非常类似;当通道高度比增加到3,5时,射流布局影响明显,使孔内流场出现截然不同的变化;孔流量系数受射流布局影响较大,并随通道高度增加有所变化。