气膜孔形状对排孔下游换热的影响

《气膜孔形状对排孔下游换热的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、航空动力学报V0L16No．4第16卷第4期2001芷1O月JournalofAerospacePowerOct．2001文童蝙号：1ooo一8055(2001)04036005气膜孔形状对排孔下游换热的影响朱惠人，许都纯，郭涛，刘松龄(西北工业大学706教研室，陕西西安710072)摘要：实验研究了气膜孔几何形状、二次流雷诺数及吹风比对孔排下游的局部换热系数的影响。所用孔形是簸箕形孔，圆锥形孔及圆柱形孔；实验的参数范围为二次流孔径雷诺数Re一10000~25000，二攻流吹风出M一0．3～2．0，在上述范围选取了26个工况分别对3种孔

2、形进行了实验。关羹词：簸箕形孔；圆锥形孔；换热系数j实验；气膜冷却中图分类号：V231．1文献标识码：A3种气膜孔形状对流量系数影响的研究见文献1引言E43。在现代高性能航空发动机中，由于燃气的出2实验装置口温度很高，往往会对发动机中的高温部件产生不良影响，所以需要采用气膜冷却技术对高温部实验在西北工业大学回流式传热风洞中进件表面加以保护，目前有关气膜冷却方面的研究行，矩形实验段尺寸2．2m×0．5m×0．Z7m，顶已有很多，但多数是针对圆柱形孔进行的。中科院板和两侧壁板由有机玻璃构成，底板由不锈钢加工程热物理所曾对槽缝气膜冷却进行过研

3、究，热带，硬塑料板和硬泡沫塑料构成。不锈钢加热带Goldstein等人0曾对几种不同几何形状喷孔的气厚度为0．04mm，宽200mnl，贴在3mm厚的硬膜冷却效率进行了测量，徐红洲等人对单个圆塑料板上，硬塑料板下方是厚为100mm的多孔锥形孔气膜冷却作了详细研究。本文的主要内容泡沫塑料层。考虑到对称性，在中间孔下游半侧区是对比研究不同的气膜孔形状对孔排下游换热的域的加热带背面焊有直径0．1mm的镍铬镍硅影响。所选孔形除了传统的圆柱形孔外，还有簸箕热电偶90个。风洞内气流速度采用变频器在3～形及圆锥形孔，后两种孔形在新型航空发动机高40m

4、／s范围内进行无级调速。温部件的气膜冷却设计中有较大的应用潜力。这为了对测量结果讲行比较，本实验选用的3圆柱形孔四锥形孔图13种气膜孔孔形示意图收稿日期：2000-10-06；修订日期：20ol一04-12作者简介：朱惠人(1958一)．男，西北工业大学706教研室教授，博士第4期朱惠人等：气膜孔形状对排孔下游换热的影响种孔形均开在相同的壁厚上，如图1所示，孔轴线增加到1．4，对簸箕形孔孔排，平均换热系数比从与平面的夹角均为30。，圆锥形孔及簸箕形孔均0．9增加到I．5。在X／D~5及10的位置处，对簸是在圆柱形孔的基础上加工而成的，前

5、者孔口是箕形孔孔排，平均换热系数比随吹风比仍有较快地增长，但对圆柱孔和圆锥形孔孔排，平均换热系一个张角为30。的圆锥形开口，后者孔口是由4个平面组成。形同簸箕，其底面与孔轴线的夹角为圆数比的增长就没有这么明显。在其余下游较远的锥形孔张角的一半，即15。，两个侧面的夹角为15。。孔排由5个孔组成，孔与孔之间的距离为4．5D，孔长孔径比L／D=4。每个孔都有独立的二次流系统供气，其中设计有硅碳棒加热系统可对二次流加热，流量用浮子流量计监控，可调节使每个孔喷出的二次流都有相同的吹风比，这样两边的4个喷孔就为中问的喷孔提供了对称的周期性边界条件

6、(a)圈柱形孔测量孔排下游换热系数时，对加热带通直流电进行加热，在表面形成等热流密度的边界条件，测得电加热功率，主流温度，表面温度f便可以得到局部的换热系数：，一等上式中．是根据电加热功率确定的热流密度，并不是实际的对流换热量，因为换热表面还存在着辐射，加热片内部也存在着沿加热片的二维导(b)圊锥形孔热．以及从加热片通过底层塑料泡沫向环境的导热，真正的表面对流换热量应从电加热量中扣除上连3部分损失之和q，根据实验对比及相应的传热计算可得到上述3种损失的变化范围为：辐射热损失：1％～2％，沿加热片的二维导热修正0％～1％，通过低层塑料泡沫

7、的导热损失，0．5％～2％。3实验结果与分析肘(c)簸箕形孔为了使分析具有普遍性，将结果表示成有气膜出流时的换热系数与无气膜出流时的换热系数图2孔排游平均换热系数比随吹风比的变化(Re10000)H。比的形式进行讨论。实验的参数范围为冷气孔径雷诺数Re—位置处，平均换热系数比虽然随吹风比的增大仍pUD／f~-10000~25000，其中u为气膜孔内冷气在增大，但基本在1到1．15之间变化。说明孔口的平均速度，二次流吹风比一0．3～2．0。附近的换热情况与吹风比有很大的关系，但在下3．1喷气雷诺数不变情况下，吹风比的影响游较远的区域，有气

8、膜时的换热系数与无气膜时相比，偏差在20％以内。图2(a)，(b)及(c)分别给出了圆柱孔孔排、圆锥形孔及簸箕形孔孔排下游，某些截面位置处3．2吹风比不变时喷气雷诺数的影响(X／D=15．10，2O，30)