航空發(fā)動機渦輪高溫部件必須冷卻,而氣膜冷卻是最常用的冷卻技術。為了提高冷卻效果,同時提高傳統(tǒng)氣膜冷卻對主流不穩(wěn)定性的適應能力,脈動氣膜冷卻有可能成為一種很有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g。但是關于脈動的冷氣能否提高冷卻效率,至今沒有形成定論。且相關的研究主要是在簡化的平板模型中進行,真實渦輪環(huán)境中脈動冷卻性能研究很少。哈工大氣動研究中心提出由壓氣機中“非定常脈動抽吸”冷氣供給渦輪“脈動氣膜冷卻”,實現(xiàn)航空發(fā)動機整體性能提升的新理念。但關于用哪種統(tǒng)一的脈動形式,以及如何選擇吹風比才能提高冷卻效率等問題亟待解決。本文首先在35度傾角平板射流模型中,采用非定常數(shù)值模擬方法研究了脈動的流場特性。然后為了探究不同激勵形式對脈動氣膜冷卻特性的影響,挑選常用的方波和正弦波作為冷氣激勵,重點對冷氣附著和高溫主流入侵現(xiàn)象進行了對比研究。結果表明:正弦激勵下的冷氣對壁面有更強的附著和更高的冷卻效率;方波激勵下的冷氣穿透能力較強但對壁面附著相對較弱。此外,方波激勵下存在主流入侵,會燒蝕氣膜孔及局部壁面;而正弦激勵使得冷氣連續(xù)變化,能明顯抑制主流入侵。更進一步,提高脈動周期內的最低吹風比不是抑制主流入侵的最佳方式,因為主流入... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

GE和普惠共同研制的某渦扇發(fā)動機立體圖

圖 1-2 渦輪內部冷卻示意圖[8]外部冷卻方法中，發(fā)散冷卻是指通過多孔結構將冷氣噴射到葉片外表面，但并未得到實際應用。原因是多孔結構的孔太小，易堵，使用壽命難以得到保障；氣膜冷卻是外冷中廣泛采用的技術，目前在葉片表面，端壁，葉尖都得到了應用。1.3 恒定射流氣膜冷卻技術渦輪中，基本所有的外表面所采用的冷卻技術都是氣膜冷卻，比如葉片表面、端壁和葉頂間隙。氣膜冷卻作為一種外部冷卻技術，通過將冷氣噴射到壁面，將高溫燃氣與工作部件隔離開，實現(xiàn)冷卻保護。所以，衡量氣膜冷卻效果的好壞，關鍵就在于冷氣的覆蓋效果。為了提高氣膜冷卻性能，學者們從多個方面進行過努力。關于氣膜孔幾何形狀，已經(jīng)從最為簡單的圓柱形氣膜孔發(fā)展到扇形氣膜孔，使得冷氣的橫向和流向冷卻效果獲得提升；關于氣膜孔布置，尤其是端壁區(qū)域，已經(jīng)從簡單的均勻布置發(fā)展為根據(jù)流動情況分區(qū)域布置；此外，還有關于孔間距、長徑比等因素的探究。氣膜冷卻技術經(jīng)過長時間的發(fā)展、完善，目前冷卻性能已經(jīng)有了很大提升。影響氣膜冷卻性能的主要因素，已經(jīng)總結在表 1-1 中。其中每種影響因素之間并不

a) 圓型孔 b) 橫向擴展型孔 c) 向前傾斜的橫向擴展型孔圖 1-3 三種不同形式的氣膜孔出口[29]諸多研究已經(jīng)證明，圓柱氣膜孔在高動量射流時，冷氣會明顯出現(xiàn)分離。所于各種新奇氣膜孔的設計研究一直在繼續(xù)，主要朝著扇形孔改進。但是在作比較時卻一直以圓柱氣膜孔作為基準。顯然，扇形氣膜孔在作改型優(yōu)化時，柱氣膜孔作為比較基準是不合適的。為了給扇形氣膜孔改型優(yōu)化提供一個基礎，需要找到一種扇形孔作為基準。roeder RP 等[30]根據(jù)文獻和工業(yè)上用的最多的一種扇形孔（laidback fanshaped）,參考所有用過的幾何參數(shù)范圍，確定了 7-7-7 基準扇形孔，如圖 1-4 所示。，名稱中的數(shù)字 7 代表的是沿著三個方向的擴張角都為 7 度。氣膜孔與主流（傾角）為 30 度，長徑比為 6，孔出口與進口面積比為 2.5，孔之間的橫向間 6D（D 為氣膜孔圓柱段直徑）。從冷卻效率角度看，密度比為 1.2 或 1.5 時，度為 5%時，最佳吹風比約為 1.5。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]變攻角下端壁非定常脈動抽吸對高負荷壓氣機葉柵性能的影響[J]. 張洪鑫,陳紹文,李偉航,王松濤,王仲奇.  推進技術. 2019(10)
[2]定常抽吸與非定常脈動抽吸對高負荷壓氣機葉柵性能的影響[J]. 張洪鑫,陳紹文,王松濤,王仲奇.  大連海事大學學報. 2018(04)
[3]孔式非定常脈動抽吸控制高負荷壓氣機葉柵內流動分離的參數(shù)研究[J]. 張洪鑫,陳紹文,鞏赟,王松濤,王仲奇.  推進技術. 2019(03)

博士論文
[1]超高負荷擴壓葉柵分離結構及其定常與非定�？刂蒲芯縖D]. 蔡樂.哈爾濱工業(yè)大學 2015



本文編號：3316145