涡轮叶片流动换热的特性研究

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1、中图分类号：V231.1论文编号：102870215-S019学科分类号：080701硕士学位论文涡轮叶片流动换热的特性研究研究生姓名赵方超学科、专业工程热物理研究方向能源综合利用指导教师杨卫华教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringInvestigationontheCharacteristicsoftheFlowandHeatTransferofTurbineBlad

2、eAThesisinThermalPhysicsEngineeringbyZhaoFangchaoAdvisedbyProfessorYangWeihuaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证

3、书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：III涡轮叶片流动换热的特性研究摘要航空发动机作为飞机的“心脏”，对飞机性能的提升起着决定性作用，而发动机性能的提升很大程度上依赖于涡轮前总温的提高。近年来，燃烧室出口的温度逐年增加，致使涡轮叶片的工作环境变得越来越恶劣，叶片的工作温度也已远远高于材料允许的耐热温度。因此，必须采取有效的冷却方式对涡轮叶片进行冷却保护，这样才能确保发动机工作的可靠性，延长发动机的寿命。涡轮一级导

4、向叶片直接面对来自燃烧室燃气的热冲击，其前缘和缘板区域的流动和传热均异常复杂，且此区域更加易于被高温燃气所烧蚀，因此本文对某一特定涡轮导向叶片的前缘区域和缘板区域的流动换热特性分别进行了研究，主要内容为：叶片前缘流动换热特性研究，建立了12个不同叶片前缘结构的模型，通过数值计算的方法，分别研究了次流雷诺数、吹风比及气膜孔形状对气膜孔流量系数和叶片表面平均绝热冷却效率的影响，研究结果表明，（1）在相同形状气膜孔下，气膜孔的流量系数随着次流雷诺数的增加而增加，在低次流雷诺数下，流量系数增幅明显。（2）在相同次流雷诺数下，复合形状气膜孔的流量系数要比圆柱形孔的大。（3）对于吸力面有气

5、膜孔排的模型，叶片表面的平均绝热冷却效率随着吹风比的增加先增加后减小，在气膜再附壁区域，平均绝热冷却效率又有所增加；对于压力面有气膜孔排的模型，靠近气膜孔出口附近的绝热冷却效率随着吹风比的增加而减小，且平均绝热冷却效率沿叶片型面逐渐降低。涡轮叶片缘板的流动换热特性研究，通过建立几种不同缘板间隙模型，运用Fluent软件进行数值计算，研究不同缘板间隙下缘板的温度分布。研究表明，随着缘板间隙变大，缘板的高温值逐渐提前且高温区域逐渐扩大。关键词：叶片前缘，缘板，次流雷诺数，吹风比，流量系数，绝热冷却效率，缘板间隙IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTAstheaircraf

6、t'sheart,aero-engineplaysadecisiveroleinimprovingtheperformanceoftheaircraft.Andtheimprovementofaero-engineinperformancedependslargelyontheriseofthetotaltemperaturebeforeturbine.Inrecentyears,theoutlettemperatureofthecombustionchamberincreasesyearbyyear,makingtheturbinebladeworkingenvironmen

7、tbecomemoreandmoresevere,what’smore,resultinginthebladeworkingtemperaturealsomuchhigherthanthetemperaturewhichisallowedbythemetal.Therefore,wemusttakethewayofeffectivecoolingtoprotecttheturbineblade,soastoensurethereliabilityoftheengineworkingandto