喷射角对涡轮叶栅端壁气膜冷却的气动影响

在大尺寸低速平面叶栅风洞中,对前缘上游有单排气膜孔的涡轮导向叶栅端壁气膜冷却进行了气动实验。在喷射角25°,35°和45°以及吹风比1,2,3下详细测量了叶栅通道中的三维流场,得到了全速度和二次流速度分布,并由此计算了二次流动能的大小。着重研究了喷射角对端壁气膜冷却的气动特性和对叶栅通道中特别是端壁附近的流场结构的影响。数据表明减小喷射角度可以减小通道涡的强度和尺寸,使冷气射流核心更贴近壁面,但同时也明显地增大了壁面附近的气流速度。在高吹风比下,35°喷射时射流将冷气输运到压力边的能力比25°喷射和45°喷射都要强。     

进口热斑对涡轮级影响的非定常数值模拟

通过求解二维N-S方程对涡轮级进口有温度畸变时的流场和温度场进行了非定常数值模拟。由于叶排间的相互运动,使叶片表面压力和叶栅通道内的流场呈周期性地变化;当涡轮进口有热斑时,热斑中的气流总温要高于周围气流温度,在通过涡轮级时,热斑中的高温气流会向转子压力面上迁移,导致转子压力面上产生热点。热斑的存在对涡轮级中的压力分布影响很小,但是严重影响温度场的分布。同时进口热斑相对导叶的位置对叶片表面温度的分布也有很大影响。      

涡轮叶片前缘附近斜射流梯形腔内的流动特性

涡轮叶片前缘附近内冷腔的几何结构通常较为复杂,建立了梯形内冷通道的放大模型进行实验模拟,考虑复杂流动条件的影响,了解通道内的流动结构与特性,为更高效的内冷通道设计提供参考。使用七孔针对通道流场进行了详细测量,研究射流、横流及气膜孔出流对通道流场的影响规律。结果表明:在射流侧壁面较低位置的射流对靶面的冲击效果良好,较高位置的射流则主要对通道内旋流起到诱导和促进作用,且后者更易受横流影响;通道内横流强度的增加会进一步促进逆时针方向旋流的发展,同时削弱射流的冲击效果;随着射流角度的增加,射流的冲击作用增强,但诱导旋流的能力减弱;气膜出流量和出流位置的改变对通道主体流动结构影响较小。     

曲壁气膜冷却数值计算的研究

 本文在一般二维边界层流动和换热计算方法的基础上,引入湍流混合长度的修正模型,用以考虑壁面曲率和注入冷气对换热的影响,研究计算了壁面的弯曲部分和曲率恢复部分换热的变化,并对曲面上的气膜冷却问题作了计算,取得较满意的结果。     

转盘-静盘腔内层流流动的相似分析及其N-S方程数值解

对转盘-静盘系统进行的相似分析表明:转盘-静盘腔内层流流场主要受入口流量数、旋转雷诺数、盘腔间隙系数、密封间隙系数和入口孔径比等5个参数影响。采用SIMPLE法对转盘-静盘系统层流流场进行了计算。结果表明:盘腔间隙的大小和密封冠对旋转核的存在具有决定性影响, 当入口流量数减小或旋转雷诺数增大时, 旋转核趋向于生成且转速增大;证明了影响径向速度的主要是惯性力, 而影响周向速度的是惯性力和粘性力共同作用。通过数值计算还得到了防止外燃气“入侵”的最小入口流量数。      

锥形排孔气膜冷却实验研究

对五孔单排锥形孔气膜冷却进行了实验研究,测出了孔排下游的局部换热系数及冷却效率,并研究了喷气雷诺数及吹风比的影响。实验参数范围是：喷气雷诺数Ｒｅ＝１００００～２５０００,吹风比Ｍ＝０．３～２．０,测量分２６个工况进行。     

涡轮叶片气膜冷却的数值模拟

在低雷诺数 Ｋ ε双方程紊流模型程序基础上,通过引进一种离散孔气膜冷却的喷射模型,预测了涡轮叶片上有冷气出流情况下的冷却效率,包括对不同吹风比, 不同二次流与主流的密度比,不同主流紊流度,不同展向孔间距,单排孔不同孔排位置及多排孔同时有冷气出流等多种情况,总结出了喷射模型中两个重要参数的变化规律,计算结果与实验数据符合程度良好。     

出流比对扰流柱通道弦向出流量影响实验

 为了深入了解涡轮叶片尾缘扰流柱区域的流动情况,对叶片内流通道工程计算程序进行验证,针对不同的弦向出流比(弦向出流量与总流量之比),通过实验测量了梯形通道短扰流柱排的端壁静压分布,以及各段弦向出流量沿叶片径向的分布。实验结果表明：（1）当弦向出流比较大时（c≥0.5 ）,沿径向静压变化小,扰流柱区域的流动基本为弦向流动。当出流比较小时(c<0.5)时,沿径向静压变化明显,压力先下降而后回升。扰流柱区域的流动既有弦向流动,同时又有径向流动。（2）大出流比时（c≥0.5 ）各段出流量变化幅度相对较小,而小出流比时(c<0.5)各段出流量变化幅度较大。（3）总压损失系数随着出流比、雷诺数的增加而减小。实验结果对涡轮叶片内部冷却计算具有重要的参考价值。     

跨声速流场计算的时间分裂有限体积法

本文用时间分裂有限体积法计算了翼型和平面叶栅的跨声速流场,计算与实验值的对比表明,数值结果是比较准确的。计算应用了滞止焓沿流线不变的关系来代替能量方程后,给出了差分方程的稳定条件。分析了跨声速流计算中,差分格式引进人工耗散的必要性。此外,本文还对加速计算收敛的方法及其效果作了探讨。     

层板冷却特性的实验与数值模拟研究

在大尺寸低速回流式风洞内对一种应用于涡轮叶片的典型的层板结构进行了流阻特性和冷却特性的实验研究,获取了该层板综合冷却效果与层板两侧压比的关系,结果表明层板具有很高的冷却效果。运用商用软件Fluent6 0对其进行了流固耦合传热计算,分析了层板内部复杂的流动和换热情况,得到了在不同的进出口条件下该层板的综合冷却效果。计算结果和实验值进行了比较,两者符合较好,表明通过数值计算获取层板冷却效果的方法是可行的。