带偏转角气膜出流发散壁冷却特性的数值分析

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1、第45卷第2期2013年4月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&Astronautics带偏转角气膜出流发散壁冷却特性的数值分析谢婕张靖周(南京航空航天大学能源与动力学院，南京，210016)V01．45No．2Apr．2013摘要：运用数值计算方法对带偏转角气膜出流发散孔壁的冷却特性进行了研究，分析了气膜孔偏转角对气膜冷却效率和流量系数的影响。研究结果表明，带偏转角气膜孔喷出的气膜出流具有侧向涡旋特征，增强了气膜射流的横向能力，对于改善发散壁前端的冷却效率具有一定的作用，在高吹风比下更为显著；随着偏转角的增加，发散壁前端

2、气膜孔的流量系数则呈降低趋势。关键词：发散冷却；气膜孔偏转；气膜冷却效率；流量系数；数值计算中图分类号：V233．1；V233．2文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)02一0157一05NumericalSimulationonCoolingCharacteristicsofEffusionWallwithDenectionFilmOutnowXiP-厂iP，ZIll口7zg．，i挖gz^o“(CollegeofEnergyandPowerEnginee“ng，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，21

3、0016，China)Abstract：Numericalinvestigationsareperformedonthecoolingcharacteristicsofeffusionwallwithde—flectionfilmoutflow．Theeffectsoffilmdeflectionangleonthefilmcoolingeffectivenessanddischargecoefficientarerevealed．Theresultsshowthataswirlingfilmoutflowissuedfromdeflectionh01een—hancesthelate

4、ralflowcapacityoffilmjetandthefilmcoolingeffectivenessinthefrontofeffusioncooledwall，especiallyunderhigherblowingratiocases．Astheincreaseoffilmdeflectionangle，thedischargecoefficientoff订mholeslocatedatthefrontofeffusioncooledwallisdecreased．Keywords：effusioncoonng；filmjetdeflection；fiImcoolingef

5、fectiveness；dischargecoefficient；numer—icalsiml】lation随着现代航空燃气涡轮发动机推重比的提高，高温升燃烧室设计中面临的火焰筒冷却问题日益苛刻。为了改善火焰筒的可靠性，不仅需要提高火焰筒材料的耐温性能，也需要不断发展高效的火焰筒冷却结构。就后者而言，多孔全覆盖气膜或发散冷却是目前引起广泛关注的、更易于得到实际应用的一种冷却模式[1。2]，其主要特征是被冷却壁上的离散冷却孔更为密集，可以在燃气侧壁面附近形成完整覆盖的冷却气膜，同时由于气膜孔的致密性，可以形成更有效的冷却壁孔内的对流换热。国内外研究人员对发散冷却结构已开展了大量的研究，较

6、为系统地研究了气膜孔阵列的排布方式、孔倾角、孔间距等结构参数以及吹风比、流动雷诺数等气动参数对于多孔壁热侧、冷侧和孔内流动换热特性的影响[3{]。尽管如此，如何尽可能地改善气膜冷却的效率、优化气膜冷却结构特征参数仍是需要不断发展的、富于创新性的研究内容，其核心问题在于降低气膜出流向主流穿透率、增强气膜出流在扩展区域扩散的覆盖面积。近十几年来，对单排气膜冷却孔结构优化方面的研究(诸如气膜孑L的形状、气膜孔喷吹角)异常活跃[7d引，但对于致密孔阵气膜冷却的喷吹角以及孔形的研究尚不充分。基金项目：国家自然科学基金(51276090)资助项目。收稿日期：2012一07一09；修订日期：2012

7、—12—27通信作者：张靖周，男，教授，博士生导师，E—mail：zhan西z@nuaa．edu．cn。158南京航空航天大学学报第45卷本文通过数值计算，对带偏转角的发散孔壁气膜冷却结构的流动和传热特性进行研究，较为全面地分析气膜孔偏转角对发散孔壁气膜冷却效率和流量系数的影响规律。1物理模型和计算方法1．1物理模型带气膜出流偏转角的多斜孔发散冷却结构和计算域如图1所示。计算域由主流通道、多孔壁和多斜孔二次流通道3个子域构成，主流通道高度(y方