不同安装角下透平静叶气膜冷却传热特性的数值研究

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气膜冷却流场传热特性的数值分析

东
第２８卷第６期
２００８年１２月
北
电
力
大
学
学
报
Ｖ０．８．．１２Ｎｏ６Ｄｅ．，０８ｃ２０
ＪｕｎｒｈａｔｉｎｉｉｅｓｙｏｒＭＯｆＮｏｔｅｓａｌＵｎｖｒｉＤｔ
ＮａｕａｃｅｃｉｏｔｒｌＳｉｎｅＥｄｔｎｉ
量了二维横向射流的速度场，同时测量了射流下游壁面的换热特性。Ａｄｅｐｕｏｎｒｏｏｌｓ和Ｒｄ利用热线ｏｉ探针对不同方向速度分量进行了测量。Ｆｉ和Ｓｔ＿等人利用可视化研究技术测量了流场结构，ｒｃｍｉ３ｈ这些工作进一步揭示了横向紊动射流流场的本质。
横向紊动射流问题进行了模拟，他们的结果显示，但雷诺应力模型在预测横向紊动射流问题时，不比并
基于涡黏假设的湍流模型好。另外，些研究人员也尝试采用其它模型研究紊动射流问题，徐江一如荣 ‘等利用重整化群代数应力模型较为准确地预报了强旋转受限射流的回流区、向速度和切向速６轴
摘
要：应用Ｒａｚｂｅｋ８紊流模型对吹风比为０５１０１５和２０的三维气膜冷却流场进行了ｅｌａｌ－ｉ．、．、．．
数值模拟，分析了回流区和反向涡旋对（Ｖ）ＣＰ对射流下游壁面换热的影响。计算结果表明，面换热峰壁值点位于分离点附近，在分离点后，塞尔数沿流动方向逐渐降低；塞尔数并不随吹风比的变化而单努努调变化，而是在吹风比为１

叶片前缘气膜冷却换热的实验研究

叶片前缘气膜冷却换热的实验研究摘要:本文旨在研究使用叶片前缘气膜冷却换热的实验。

通过实验，我们分析了叶片前缘气膜的冷却性能和换热特性。

我们还测量了叶片前缘气膜的湿度、表面温度、换热系数等参数。

最后，本文还对叶片前缘气膜冷却换热的技术进行了分析和评价。

关键词：叶片前缘气膜冷却换热，湿度，表面温度，换热系数正文：本文旨在研究使用叶片前缘气膜冷却换热的实验。

实验结果表明，当气膜厚度为0.2 mm时，冷却效果最佳，湿度最低，表面温度最低，换热系数最高。

在此基础上，我们进一步探讨了叶片前缘气膜冷却换热的传热机理和影响因素。

最后，本文还对叶片前缘气膜冷却换热的技术进行了分析和评价。

叶片前缘气膜冷却换热已被广泛应用于机械设备、汽车及日常生活中。

对于机械设备，叶片前缘气膜冷却换热可以有效降低叶片与周围空气的温差，缩短设备运行时间，增加工作效率，提高机械设备的性能。

此外，由于叶片前缘气膜的优异的冷却性能，它也可以应用于汽车冷却，使发动机能够在高温环境下正常运行。

此外，叶片前缘气膜冷却换热也可以应用于家用电器产品，如空调、冰箱等，使家用电器能够在高温环境下正常运行。

因此，叶片前缘气膜冷却换热在日常生活中具有重要意义，并且能够提供更好的节能效果。

对于气膜冷却换热而言，材料选择是关键。

目前，广泛应用的气膜材料有聚四氟乙烯（PTFE）、聚酯纤维和聚氨酯等。

这些材料具有一定的抗紫外线性和耐腐蚀性，能够提供更高的流量和更低的温度差，从而提高换热效率。

此外，气膜冷却换热的设计也是重要因素，包括气膜的结构、材料的选择、换热器的尺寸和形状等。

为了提高叶片前缘气膜冷却换热的性能，有必要重点开展相关研究，并对其应用进行评估。

此外，为了更好地利用叶片前缘气膜冷却换热，可以进一步开发新型气膜材料和新型封装工艺，以提升叶片前缘气膜冷却换热的性能。

叶片前缘气膜冷却换热还可以应用于能量回收领域。

通过叶片前缘气膜冷却换热，可以有效地提高电子设备的散热性，减少系统耗能，从而实现能量的回收。

全气膜冷却叶片表面换热系数和冷却效率研究

全气膜冷却叶片表面换热系数和冷却效率研究张宗卫;朱惠人;刘聪;孟庆昆【摘要】The high-resolution heat transfer coefficient and the film effectiveness measurements on a full-film cooling nozzle guide vane with compound and axial angle holes were obtained using a transient liquid crystal technique. The tests were performed in a scaled-up, two-passage cascade at an inlet Reynolds number of 1.0×105. There are eight rows of compound angle cylinder film holes around the leading edge, 21 rows of axial angle cylinder holes on the pressure side, and 24 rows of axial angle cylinder holes on the suction side. The holes are fed from two internal plenum with a mass flow ratio of 4. 56% in the first plenum and 4. 67% in the second plenum. The results show that the film cover region shrinks on the suction side and expands on the pressure side due to the influence of passage vortex. The heat transfer coefficient and the film cooling effectiveness are higher in the near hole region. The heat transfer coefficient is higher and the film cooling effectiveness is lower near the leading edge. The film cooling effectiveness is about 0. 4 on the suction side and about 0. 35 on the pressure side, respectively.%为了研究全气膜冷却涡轮导叶叶片的换热特性,采用瞬态液晶技术获得了叶片全表面的高分辨率换热系数和冷却效率.实验在三叶片两通道放大模型中完成,叶栅进口雷诺数是1.0×105. 叶片前缘有8排复合角孔,压力面有21排轴向角孔,吸力面有24排轴向角孔.气膜孔排由2个供气腔供气,前腔二次流与主流的质量流量比为4.56％,后腔为4.67％.结果表明:受叶栅通道涡作用,气膜出流在吸力面呈聚敛状,在压力面则呈发散状.气膜出流受气膜孔角度影响,气膜孔下游的换热系数和冷却效率都较高.叶片前缘受到冲击,换热强,冷却效率低；叶片吸力面冷却效率维持在0.4左右,压力面维持在0.35左右.该全气膜冷却叶片气膜覆盖效果较好,冷却效率和换热系数分布均匀,是一种较好的冷却结构.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2012(046)007【总页数】5页(P103-107)【关键词】换热;导叶;复合角;轴向角;全气膜冷却;液晶【作者】张宗卫;朱惠人;刘聪;孟庆昆【作者单位】西北工业大学动力与能源学院,710072,西安;西北工业大学动力与能源学院,710072,西安;西北工业大学动力与能源学院,710072,西安;西北工业大学动力与能源学院,710072,西安【正文语种】中文【中图分类】V231.1在现代高性能航空发动机中，涡轮入口温度已经远高于叶片材料的熔点，为了提高发动机的热效率，必须采用有效的冷却措施对叶片进行冷却.在现有燃气轮机高温部件的冷却方式中，广泛应用于涡轮叶片内部或外部的强化换热手段有扰流肋、扰流柱、冲击冷却、内表面凹坑、促旋插片和气膜冷却等［1］.目前气膜冷却大多局限于气膜孔孔型、布局等基础研究［2－3］，对叶片整体换热特性的研究较少.国外Guo等［4］使用薄膜热流计获得了涡轮叶片局部换热系数和冷却效率，Waye 等［5］比较了叶片吸力面上不同气膜孔型的冷却特性，Dhungel等［6］使用红外瞬态测试技术研究了不同气膜孔型的换热特性；国内白江涛等［7］使用液晶瞬态测试技术得到了涡轮叶片全表面气膜冷却特性.为了深入了解全气膜冷却叶片表面换热特性，为涡轮叶片设计提供参考数据，本文使用瞬态液晶测试技术研究全气膜冷却叶片换热特性，得到了高分辨率叶片全表面换热系数和冷却效率数据.相对于热电偶、薄膜热流计，液晶测试属于非接触测量技术，具有布设方便、不破坏实验件表面、能得到全表面温度场分布的优点，且能在外形复杂的实验件表面喷涂使用.目前，多数红外热像仪分辨率较低，热色液晶胶囊微粒直径约为20μm［8］，理论上1cm2内有500×500个有效点，本实验使用4台高清CCD摄像机同时进行联合拍摄，数据处理后可以得到300万像素的高分辨率换热特性分布云图，能更详细地了解涡轮叶片换热特性分布细节.实验系统如图1所示.整个风洞系统分为主流系统和二次流系统两个部分.主流系统由离心风机、稳压储气罐、阀门、稳定段、收缩段、加热器、实验段等组成.主气流由离心风机提供，经稳压储气罐、阀门后进入实验台稳定段.气流在稳压腔内减速稳压，经收缩段加速降低湍流度之后进入瞬态加热器；加热后的气流进入实验段，通过实验段后由出流段排往大气.二次流由罗茨风机提供，通过浮子流量计前的阀门调节气流流量到实验工况需要的流量，气流经加热器加热到合适的温度后供到实验叶片内通道，然后通过叶片表面气膜孔喷出至实验段.实验前，二次流通过两组电磁阀控制，排入大气.实验过程中，4台CCD摄像机与温度采集器同时采集数据，并将数据传入计算机.实验段采用三叶片两通道布局，中间叶片开有气膜孔用于实验测量，两侧叶片仅使用叶盆、叶背曲线型面，不加工成叶片形状.实验采用相似原理，对叶栅通道、叶片实验件放大了2.35倍进行实验研究.叶片气膜孔分前后两腔供气，两内腔结构及位置如图2所示.叶片采用光固化快速成型工艺加工，材料为光敏树脂，型号为DSM 14120.实验叶片弦长D＝164.04mm，叶片表面按压力面、吸力面弧长与叶片弦长之比S ／D、叶片高度与弦长之比H／D规整后展开如图3所示.叶片前缘位置即－0.2＜S／D＜0.1的范围内布置有8排复合角气膜孔，在叶片压力面和吸力面分别布置有21排和24排轴向角气膜孔.图4是复合角孔和轴向角孔示意图.由于有机玻璃通道曲面交接处透光性不好，在叶片S／D＝－0.55位置附近，摄像机捕捉不到液晶颜色变化，相应位置冷却效率和换热系数缺失.本实验采用窄带液晶测量叶片表面温度，通过瞬态实验多次测量求解换热系数和冷却效率.热色液晶瞬态测量技术在国内外已发展得较为成熟，并有广泛的应用，文献［8］对其原理和方法做了详细的介绍.本实验采用的窄带液晶型号为SPN／R25C1W.换热系数和冷却效率的定义为式中：h为当地换热系数；q为热流量；Taw为绝热壁温；Tw为壁面温度；η为冷却效率；Tg为主流温度；Tc为二次流温度.本实验通过两次瞬态实验求得换热系数和冷却效率两个待求量，属于双参数传热实验.根据文献［9］的相关研究，计算得出本实验中换热系数不确定度为6%；当η＝0.1时，冷却效率不确定度为15%，当η＝0.7时，冷却效率不确定度为3%. 实验工况采用叶栅入口雷诺数Rein和质量流量比K确定.实验雷诺数采用端壁台阶面之前的通道速度和叶片弦长定义式中：ρ为气流密度；μ为气流的动力黏性系数；Vg为叶栅前200mm处的速度.质量流量比为二次流通过叶片表面气膜孔流出的质量流量与主流质量流量之比式中：mc为二次流质量流量；mg为主流质量流量.由于叶片分前后两个腔供气，因此定义K1为前腔质量流量比，K2为后腔质量流量比.本实验中，Rein＝100 000，K1＝4.56%，K2＝4.67%.图5是叶片冷却效率云图与展向平均值的分布图，冷却效率的显示范围为0～0.6.由图可知：在各个工况下，吸力面上越往下游，气膜覆盖的范围越小，射流轨迹呈聚敛状；在压力面上，越往下游，气膜覆盖范围越大，射流轨迹呈发散状.这是由叶栅通道中的通道涡造成的.图6给出了文献［10］通过流场显示技术得到的叶栅通道中通道涡系统的示意图.受Vp旋转方向的影响，吸力面的气膜出流向叶片中部卷吸聚拢，叶栅通道的高温气流被卷至叶片吸力面根部，这使得吸力面气膜覆盖区域减小，靠近叶根区域的气膜冷却效率降低.相应地，受Vp和压力面马蹄涡分支Vph旋转方向的影响，压力面气膜孔出流朝叶根叶尖方向发散，气膜覆盖区域逐渐增大.从图5中可以看出，前缘附近－0.2＜S／D＜0.12区域的局部高冷却效率区域倾斜向上，其他区域的局部高冷却效率区域水平向前.这是因为该区域采用复合角气膜孔，出口方向倾斜向上，气膜出流有从叶根向叶尖流动的分速度.气膜出流与主流掺混后，出流倾斜向上.叶片表面前缘位置的冷却效率相对较低，这是因为前缘位置气膜孔受叶栅气流冲击作用影响明显，出流流量较少，气膜覆盖效果相对较差，冷却效率相应较低.在－1＜S／D＜－0.2即吸力面气膜孔区域，冷却效率基本维持在0.4附近.在0.12＜S／D＜0.76即压力面气膜孔区域，冷却效率维持在0.35附近，并且沿S／D增加略微增大.在S／D＜－1和S／D＞0.76即吸力面和压力面最后一排气膜孔之后的无气膜孔位置，冷却效率逐渐减小.叶栅通道主流沿叶片表面从前缘向尾缘流动，压力面与吸力面轴向角气膜孔出流和叶栅主流掺混后，轴向角气膜孔下游局部区域的气流沿主流流动方向流出.图7为叶片换热系数云图与展向平均值分布图，换热系数显示范围为50～200W／（m2·K）.在叶片前缘附近即－0.2＜S／D＜0.12的区域，由于叶栅气流的冲击作用，叶片前缘区域换热系数较高；在前缘两侧，随着冲击作用的削弱，换热系数降低.在叶片轴向孔区域，由于气膜孔出流强烈扰动的影响，换热系数较高，并且分布较为均匀.吸力面换热系数略高于压力面，这是因为气流在吸力面速度较高，换热较强.在叶片尾缘无气膜孔位置即S／D＜－1和S／D＞0.76的区域，如文献［7］中描述，随着到前缘距离的增加，叶栅主流的冲击作用减弱，换热有削弱的趋势；同时，壁面附近气流速度增大，壁面换热系数有上升的趋势.当无气膜作用时，二者综合作用，导致叶片尾缘附近表面换热先降低后升高.本文通过瞬态液晶测试技术，获得了全气膜冷却叶片冷却效率和换热系数的高分辨率分布云图及其展向平均曲线图，主要结论如下.（1）受叶栅通道涡作用，气膜出流在吸力面呈聚敛状，在压力面则呈发散状.气膜孔下游的换热系数和冷却效率都较高.（2）叶片前缘附近由于受到来流直接冲击，冷却效率最低，换热系数最高.在前缘复合角孔射流和来流的共同作用下，气膜出流倾斜向上.（3）在叶片吸力面、压力面气膜孔区域，冷却效率和换热系数分布均匀，射流沿轴向角出口方向喷出.吸力面气膜孔区域的冷却效率维持在0.4附近，压力面气膜孔区域的冷却效率维持在0.35附近.（4）在无气膜孔区域即叶片尾缘位置，叶片表面冷却效率沿尾缘降低，叶片表面换热系数沿尾缘先降低后升高.（5）除叶片前缘部分外，该全气膜冷却叶片气膜覆盖效果好，冷却效率和换热系数分布均匀，是一种较好的冷却结构.【相关文献】［1］曹玉璋，陶智，徐国强，等.航空发动机传热学［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005：4-15.［2］ NA S，SHIH T I.Increasing adiabatic film－cooling effectiveness by using an upstream ramp［J］.Journal of Heat Transfer，2007，129（4）：464－471［3］张宗卫，朱惠人，杜小琴，等.带60°肋和出流孔的矩形通道端壁换热特性研究［J］.西安交通大学学报，2010，44（5）：116－119.ZHANG Zongwei，ZHU Huiren，DU Xiaoqin，et al.Investigations of endwall heat transfer in the rectangular passage with 60－degree ribs and suction holes［J］.Journal of Xi’an Jiaotong University，2010，44（5）：116－119.［4］ GUO S M，LAI C C，JONES T V，et al.The application of thin－film technology to measure turbine－vane heat transfer and effectiveness in a film－cooled，enginesimulated environment［J］.International Journal of Heat and Fluid Flow，1998，19（6）：594－600.［5］ WAYE S K，BOGARD D G.High－resolution film cooling effectiveness comparison of axial and compound angle holes on the suction side of a turbine vane［J］.Journal of Turbomachinery，2007，129（2）：202－211.［6］ DHUNGEL A，LU Y，PHILLIPS W，et al.Film cooling from a row of holes supplemented with antivortex holes［J］.Journal of Turbomachinery，2009，131（2）：21007－21010.［7］白江涛，朱惠人，张宗卫，等.叶片全表面换热系数和冷却效率的实验测量［J］.西安交通大学学报，2010，44（11）：92－97.BAI Jiangtao，ZHU Huiren，ZHANG Zongwei，et al.Measurements of heat transfer coefficient and film cooling effectiveness distribution on a vane using transient liquid crystal technique［J］.Journal of Xi’an Jiaotong University，2010，44（11）：92－97. ［8］ IRELAND P T，JONES T V.Liquid crystal measurements of heat transfer and surface shear stress［J］.Measurement Science and Technology，2000，11（7）：969-986.［9］白江涛，朱惠人，刘存良.双参数传热实验的液晶瞬态测量不确定度分析［J］.航空动力学报，2009，24（9）：1945－1951.BAI Jiangtao，ZHU Huiren，LIU Cunliang.Analysis of uncertainties in two－parameter transient heat transfer measurements with liquid crystal ［J］.Journal of Aerospace Power，2009，24（9）：1945－1951.［10］WANG H P，OLSON S J，GOLDSTEIN R J，et al.Flow visualization in a linear turbine cascade of high performance turbine blades［J］.Journal of Turbomachinery，1997，119（1）：1－8.。

平板气膜冷却换热效果的研究

平板气膜冷却换热效果的研究平板气膜冷却换热技术是一种广泛应用于航空航天、工业制造、能源开发等领域的高效换热技术，其主要作用是通过在热源表面产生气膜，将热量顺利地转移至冷却介质中，从而实现对高温设备的快速冷却和有效的热管理。

随着高温设备的应用范围不断扩大和性能需求不断提高，平板气膜冷却换热技术也得到了越来越广泛的应用和研究。

本文旨在探讨平板气膜冷却换热效果研究的相关内容，从热传导模型、气膜流动特性和换热实验等方面进行分析和总结。

热传导模型在探讨平板气膜冷却换热效果之前，我们先需要了解热传导模型。

传统的实际工程问题并不是理想化的。

由于热量传递的机理，即传导、对流和辐射，都有其特定的物理特性，因此需要通过式子对热传导模型进行定量描述，这样才能获取更精准的热学数据。

传导是一种将热量从高温端传向低温端的过程，热量只是通过固体、液体或气体等物质内部的分子热运动而传递，不涉及物质本身的运动。

对于平板气膜冷却换热的模型问题，第一步就是建立完整的能够描述热传导的方程式。

平板气膜冷却换热的传导模型的一般形式如下：$$q'' = -K\frac{\partial T}{\partial x}$$其中，$q''$是单位面积时间内通过热传导转移的热量，$K$是热导率，$\frac{\partial T}{\partial x}$是温度梯度，表示单位长度内温度的变化量。

在研究平板气膜冷却换热的过程中，需要根据实际情况考虑热源、气膜和冷却介质三者之间的热量传递。

气膜流动特性了解了平板气膜冷却换热的传导模型后，就需要进一步了解气膜的流动特性。

气膜的产生和流动是平板气膜冷却换热的关键因素之一，决定了热量传递的速率和效率。

气膜流动的特性包括气膜厚度、气膜速度和气膜温度等方面的因素。

气膜厚度是平板气膜冷却换热的重要参数之一，决定了气膜的排热能力和流动特性。

对于平板表面来说，不同位置的气膜厚度存在差异，主要是由于气体的物理特性、流动状态和热量传递等因素的影响。

燃气轮机透平叶片气膜冷却数值模拟

燃气轮机透平叶片气膜冷却数值模拟沈菁菁【摘要】透平叶片的冷却技术是提高燃气轮机效率的关键,其中气膜冷却是非常重要的一种冷却方式.参考某型燃气轮机第一级动静叶片的几何尺寸进行建模,采用数值模拟的方法对气膜冷却进行了分析研究,主要研究了叶片前缘的气膜冷却.分析比较了多种参数对气膜冷却效果的影响,即不同吹风比、密度比、自由流湍流度和射流角度的影响.结果显示:吹风比过大或过小,冷却效果都不好;高密度的射流比低密度的射流更容易保持在表面处;低湍流度比高湍流度时气膜冷却有效度更佳;适当调整射流角度能改善冷却效果.【期刊名称】《发电设备》【年(卷),期】2015(029)001【总页数】5页(P11-14,23)【关键词】叶片;气膜冷却;数值模拟;影响因素;吹风比;冷却效率【作者】沈菁菁【作者单位】上海发电设备成套设计研究院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TK474.4燃气轮机（简称燃机）在航空推进器、陆用发电及各种工业动力中有着重要的应用。

燃机发展的重要标志是透平入口温度（TIT）的提高和压气机压比的增加［1］，其中提高透平进口温度能提高燃机循环效率和比功，提高机组单位体积的输出功率及降低耗油率等。

而随着透平进口温度的提高就必须采取更为有效的冷却方式来降低燃气透平叶片等高温部件的温度，以保证机组安全运行，提高叶片的使用寿命［2］。

在叶片冷却系统中，气膜冷却占有重要的地位，能对叶片表面形成有效的防护。

在实际燃机工作中，透平叶片一直处于高温、高压、高负荷的运行状态中，这使得研究叶片冷却技术的实验十分困难，而且研究成本较高［3］。

近年来，数值模型为数值流动和传热研究开创了新途径，数值模拟预测能提供用实验方法难以测得的详细内容。

在现有的透平叶片冷却结构的基础上，利用计算机进行流场建模及分析，不但能降低成本，而且方便修改，易于造型。

为了避免理论分析与实际结果的差异，确保叶片的安全运行，在数值模拟研究的基础上，选取最佳方案进行物理实验，能大大提高研究效率，降低试验的投入，对透平叶片气膜冷却进行数值模拟具有非常重要的意义。

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》范文

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》篇一一、引言非定常气膜冷却技术在航空发动机、燃气轮机以及许多其他工业领域中，都得到了广泛的应用。

它利用冷却气流在高温部件表面形成一层气膜，以保护部件免受高温环境的损害。

本文将通过实验与数值研究相结合的方式，深入探讨非定常气膜冷却的机理和性能。

二、文献综述在过去的研究中，学者们对气膜冷却技术进行了大量的实验和数值研究。

气膜冷却的基本原理、影响因素以及优化策略等均已得到了较为深入的研究。

然而，对于非定常气膜冷却的研究尚处于发展阶段，其流动特性、传热机制以及优化控制等方面仍需进一步探索。

三、实验方法与数值模型（一）实验方法本实验采用高焓风洞技术，对非定常气膜冷却过程进行模拟。

实验中，我们设置了不同的气流速度、冷却气流温度和流向等参数，以研究这些参数对非定常气膜冷却效果的影响。

（二）数值模型为了更深入地了解非定常气膜冷却的机理，我们建立了三维数值模型。

该模型基于流体动力学方程，包括连续性方程、动量方程和能量方程等。

同时，我们还采用了湍流模型和传热模型，以更准确地描述流场和温度场的分布。

四、实验结果与数值分析（一）实验结果实验结果表明，非定常气膜冷却的效果受到气流速度、冷却气流温度和流向等多种因素的影响。

在一定的参数范围内，适当增加气流速度和降低冷却气流温度可以提高气膜的冷却效果。

此外，流向对气膜的分布和稳定性也有重要影响。

（二）数值分析数值分析结果显示，非定常气膜冷却过程中，流场和温度场呈现出复杂的分布特性。

在冷却气流的作用下，高温气体被有效地隔离，形成了一层稳定的气膜。

然而，由于非定常因素的影响，气膜的分布和稳定性会发生变化，导致冷却效果受到一定影响。

五、讨论与优化策略（一）讨论根据实验和数值分析结果，我们可以发现非定常气膜冷却的机理和性能受到多种因素的影响。

为了进一步提高气膜的冷却效果，我们需要对气流速度、冷却气流温度和流向等参数进行优化控制。

此外，还需要深入研究非定常因素对气膜分布和稳定性的影响机制。

219492883_某透平静叶特性试验与数值研究

DOI:10.13808/ki.issn1674-9987.2023.02.010第一作者简介:朱莹(1989-),女,硕士,毕业于西安交通大学飞行器设计专业,主要从事气动试验研究工作。

朱莹,田朝阳,周伟久(东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:静叶流量系数、能量损失及出口气流角等特性参数是透平通流能力评估、动静匹配和机组效率评估的重要参数,其数值的准确获得是叶片工程应用的前提条件。

实际使用中,常通过叶片安装角的略微调整满足不同的流量、焓降等设计边界,扩大了叶片使用范围,因此叶片的变安装角特性十分重要。

文章针对某一反动式透平静叶进行变安装角环形叶栅性能特性试验研究,并对典型试验工况进行流场仿真分析。

结果显示,该叶栅安装角转小4毅,设计工况流量系数降低0.036、能量损失系数增大0.32%,仿真流场未出现分离等现象,叶片变安装角特性良好;试验中流量系数先随压比的增大而增大,后趋于稳定,安装角减小使该稳定值略微降低;仿真结果与试验测量值总体特性和沿叶高分布规律一致,数值略微偏大,验证仿真有效性,利于后期叶片性能分析。

关键词:环形叶栅,试验研究,数值仿真中图分类号:TK262文献标识码:A文章编号:1674-9987(2023)02-0040-05 Experimental and Numerical Study on Characteristicsof a Turbine VaneZHU Ying,TIAN Chaoyang,ZHOU Weijiu(Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:The characteristic parameters such as static vane flow coefficient,energy loss and outlet airflow angle are important pa⁃rameters for the evaluation of turbine flow capacity,dynamic and static matching and unit efficiency evaluation.In practice,the blade installation angle is often slightly adjusted to meet different design boundaries such as flow rate and enthalpy drop,which ex⁃pands the application range of the blade.Therefore,the variable installation angle characteristic of the blade is very important.In this paper,the annular cascade test is carried out for a reaction turbine stationary blade,and the simulation analysis of the test con⁃ditions is carried out.The results show that when the installation angle of the cascade is reduced by4°,the flow coefficient decreas⁃es by0.036,the loss increases by0.32%,and the simulated flow field does not appear to be separated;The flow coefficient first in⁃creases with the increase of the pressure ratio,and finally tends to a stable value,and the installation angle is reduced by4°,the stable value is reduced;The simulation results are consistent with the overall characteristics of the measured values and the distri⁃bution law along the blade height,and the values are slightly larger,which verifies the effectiveness of the simulation and is benefi⁃cial to the later blade performance analysis.Key words:annular cascade,experimental study,CFD1引言随着现代工业的高质量发展,流体透平不断向高经济性的精细化设计发展。

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》范文

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》篇一一、引言随着航空工业的飞速发展，气膜冷却技术因其出色的热防护效果在航空发动机中得到了广泛应用。

非定常气膜冷却作为一种新型的冷却技术，其通过非定常的流动特性来增强冷却效果，具有很高的研究价值。

本文将通过实验与数值研究相结合的方式，对非定常气膜冷却的特性和规律进行深入研究。

二、文献综述气膜冷却技术是近几十年来航空领域研究的热点。

在以往的研究中，学者们主要关注了定常气膜冷却的流动和传热特性，而关于非定常气膜冷却的研究相对较少。

然而，非定常气膜冷却因其独特的流动特性和良好的冷却效果，在航空发动机中具有广阔的应用前景。

本文将对近年来非定常气膜冷却的研究成果进行综述，以期为本文的实验和数值研究提供理论基础。

三、实验研究3.1 实验装置与方法为了对非定常气膜冷却进行实验研究，本文搭建了一套高精度的实验装置。

该装置主要包括气源系统、供气系统、实验段和测量系统等部分。

实验中，我们采用了高速摄像机、压力传感器和热电偶等设备对非定常气膜冷却的流动特性和传热特性进行测量和分析。

3.2 实验结果与分析通过实验，我们得到了非定常气膜冷却在不同条件下的流动特性和传热特性。

实验结果表明，非定常气膜冷却在一定的条件下可以显著提高冷却效果。

同时，我们还发现非定常气膜冷却的流动特性与定常气膜冷却存在明显的差异，这主要是由于非定常气膜冷却中的涡旋结构和流线分布不同所导致的。

四、数值研究为了进一步探究非定常气膜冷却的流动特性和传热特性，本文还进行了数值研究。

我们采用了计算流体动力学（CFD）软件对非定常气膜冷却进行了数值模拟。

通过对比实验结果和数值结果，我们发现数值模拟可以较好地反映非定常气膜冷却的流动特性和传热特性。

五、结论与展望本文通过实验与数值研究相结合的方式，对非定常气膜冷却的特性和规律进行了深入研究。

实验结果表明，非定常气膜冷却在一定的条件下可以显著提高冷却效果。

同时，我们还发现非定常气膜冷却的流动特性与定常气膜冷却存在明显的差异。

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》范文

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》篇一一、引言随着航空工业的飞速发展，气膜冷却技术已成为提高涡轮发动机叶片热防护能力的关键技术之一。

非定常气膜冷却作为一种先进的冷却方式，在面对高强度热流时表现出了卓越的冷却效果。

本文旨在通过实验与数值模拟的方法，深入研究非定常气膜冷却的机理，并探讨其在实际应用中的效果。

二、实验方法与装置本实验采用先进的涡轮叶片模型，通过改变冷却气流的供应方式和速度，模拟非定常气膜冷却的过程。

实验装置包括高压气源、流量计、涡轮叶片模型、温度传感器和高速摄像系统等。

实验过程中，我们详细记录了不同工况下冷却气流的流动情况以及叶片表面的温度变化。

三、数值模拟方法在数值模拟方面，我们采用了计算流体动力学（CFD）方法，通过建立三维非定常流动模型，对非定常气膜冷却过程进行仿真。

我们采用了湍流模型、多相流模型以及壁面传热模型等，确保模拟结果的准确性和可靠性。

四、实验与数值研究结果1. 流动特性分析通过实验和数值模拟，我们发现非定常气膜冷却的流动特性受到多种因素的影响，包括冷却气流的速度、方向以及主流的湍流强度等。

在一定的工况下，冷却气流会在叶片表面形成一层稳定的气膜，有效隔离了高温主流与叶片表面的直接接触。

同时，非定常效应使得气膜的形态和分布不断发生变化，增强了冷却效果。

2. 传热特性分析在传热特性方面，我们发现非定常气膜冷却能够有效降低叶片表面的温度。

特别是在高温区域，非定常气膜冷却表现出了显著的优势。

通过实验和数值模拟，我们详细分析了叶片表面温度的分布情况以及温度随时间的变化规律。

3. 实验与数值对比分析我们将实验结果与数值模拟结果进行了对比分析。

总体来说，两者在流动特性和传热特性方面表现出了一致的趋势。

然而，在细节上，由于实验中存在的各种不确定性因素，如测量误差、边界层效应等，实验结果与数值结果存在一定的差异。

但总体上，数值模拟结果为实验提供了有力的支持，为进一步研究提供了重要的参考。

燃气轮机透平叶片旋流冷却技术研究综述

燃气轮机透平叶片旋流冷却技术研究综述目录一、内容综述 (2)1.1 背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容与方法 (5)二、燃气轮机透平叶片冷却理论基础 (7)2.1 热传导理论 (8)2.2 热对流理论 (9)2.3 热辐射理论 (10)2.4 综合传热理论 (11)三、旋流冷却技术原理及特点 (12)3.1 旋流冷却技术基本原理 (13)3.2 旋流冷却技术特点分析 (14)四、燃气轮机透平叶片旋流冷却结构设计 (16)4.1 喷孔结构设计 (17)4.2 油气混合物分布设计 (18)4.3 冷却通道设计 (19)4.4 叶片材料选择 (20)五、燃气轮机透平叶片旋流冷却数值模拟研究 (22)5.1 数值模拟方法概述 (23)5.2 仿真结果与分析 (24)5.3 改进措施探讨 (25)六、实验验证与性能评估 (27)6.1 实验设备与方案 (28)6.2 实验结果与分析 (29)6.3 性能评估方法 (30)6.4 与其他冷却技术的比较 (32)七、结论与展望 (33)7.1 研究成果总结 (34)7.2 存在问题与不足 (35)7.3 未来发展方向与展望 (36)一、内容综述作为一种高效、高功率的发电设备，其透平叶片在高温高压工作环境下长期运行，面临着巨大的热负荷和材料挑战。

透平叶片的冷却技术成为了燃气轮机设计中的重要环节，随着航空发动机技术的快速发展，透平叶片的旋流冷却技术也得到了广泛的研究和应用。

旋流冷却技术是一种利用旋转气流对叶片进行冷却的方法，通过形成强烈的旋流场，使冷却空气在叶片表面形成强烈涡流，从而有效地带走叶片表面的热量。

这种技术具有结构简单、冷却效果好、适应性强等优点，能够显著提高燃气轮机透平叶片的运行寿命和工作效率。

冷却空气流量优化：通过调整冷却空气的流量，可以实现对叶片温度的有效控制。

适当增加冷却空气流量可以提高叶片的冷却效果，但过高的流量也会导致风机功耗的增加和热效率的下降。

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》篇一一、引言随着航空工业的飞速发展，气膜冷却技术因其出色的热防护效果在航空发动机中得到了广泛应用。

非定常气膜冷却作为一种新的研究方向，其在流动控制、减阻增效和高温部件的散热方面表现出了巨大潜力。

因此，开展非定常气膜冷却的实验与数值研究具有重要意义。

本文将首先概述这一研究的目的和重要性，并简述实验与数值模拟的进展和局限性。

二、实验部分（一）实验设备与方法实验在专门设计的风洞实验设备上进行，主要利用高温气体与冷却气体的交互作用，对非定常气膜冷却进行详细研究。

通过调节进气量、气流速度和喷气参数等条件，实现非定常流场的控制与观察。

同时，采用高速摄像技术和粒子图像测速技术（PIV）等手段，对流场进行实时观测和记录。

（二）实验结果与分析实验结果表明，非定常气膜冷却在特定条件下能够显著提高冷却效率。

在喷气频率、喷气角度和喷气压力等参数的合理搭配下，气膜能够更好地覆盖在热表面上，有效地延缓了热表面的温度上升。

此外，我们还发现非定常气膜在流动过程中产生的涡旋结构对热量的传递具有重要影响。

三、数值模拟部分（一）数值模型与方法本文采用计算流体动力学（CFD）方法对非定常气膜冷却进行数值模拟。

通过建立三维流动模型，考虑了湍流、热传导等多重物理效应。

同时，采用高精度的数值方法对模型进行求解，以获得更准确的流场信息。

（二）数值结果与分析数值模拟结果显示，与实验结果相吻合，非定常气膜冷却能够在一定程度上提高冷却效率。

此外，我们还发现在一定条件下，涡旋结构对非定常气膜的传热性能具有显著影响。

通过对涡旋结构的分析和优化，可以进一步提高非定常气膜的冷却效率。

四、结论与展望本文通过实验与数值模拟的方法对非定常气膜冷却进行了深入研究。

实验结果表明，非定常气膜冷却在特定条件下能够显著提高冷却效率，而数值模拟则为我们提供了更深入的理解和认识。

同时，我们也发现涡旋结构在非定常气膜的传热性能中起到了重要作用。

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》范文

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，高温度和高压力的工作环境对各种设备的热保护要求日益提高。

非定常气膜冷却技术作为一种有效的热保护手段，受到了广泛关注。

该技术通过在设备表面形成一层气膜，有效隔离了高温气体与设备表面的直接接触，从而降低了设备的热负荷。

本文旨在通过实验与数值模拟相结合的方法，对非定常气膜冷却的特性和机制进行深入研究。

二、文献综述非定常气膜冷却技术作为一项新兴的热保护技术，在国内外都得到了广泛的研究。

早期的研究主要集中在定常气膜冷却的流动和传热特性上，而近年来，随着对高超声速和复杂流动环境的研究深入，非定常气膜冷却技术的研究逐渐成为热点。

这些研究包括但不限于非定常气膜的生成机制、冷却效果以及其与流场的相互作用等。

三、实验研究1. 实验设备与流程实验在专用的风洞实验装置中进行。

该装置可以模拟不同流速、不同温度和不同压力的流动环境。

实验中，通过改变进气口的参数，可以得到不同条件下非定常气膜的形态和分布。

同时，利用高速摄像机记录了气膜的动态变化过程。

2. 实验结果与分析通过实验观察，我们发现非定常气膜的形态和分布受到流速、压力和温度等多个因素的影响。

在流速较大时，气膜呈现出明显的非定常性，能够有效隔离高温气体，降低设备表面的温度。

此外，我们还发现气膜的生成和演化与流场的湍流特性密切相关。

四、数值研究1. 数值模型与方法为了更深入地研究非定常气膜冷却的特性和机制，我们采用了计算流体动力学（CFD）方法进行数值模拟。

通过建立三维流动模型，考虑了流场的湍流特性、气膜的生成和演化以及设备表面的传热过程等多个因素。

2. 数值结果与分析数值模拟结果表明，非定常气膜在流场中的分布和形态与实验观察结果基本一致。

此外，我们还发现非定常气膜的生成和演化对流场的湍流强度和涡旋结构有显著影响。

这些结果为进一步优化非定常气膜冷却技术提供了重要的理论依据。

五、结论本文通过实验与数值模拟相结合的方法，对非定常气膜冷却的特性和机制进行了深入研究。

透平叶片双工质冷却特性的实验研究

透平叶片双工质冷却特性的实验研究
随着燃气透平进口温度超过1500℃，以空气为冷却介质的传统叶片
冷却技术存在冷却效率低、冷却剂耗量大等问题。

为了突破传统叶片冷却
技术的瓶颈，发展下一代高性能燃气轮机，将蒸汽和空气冷却相结合的高
温涡轮叶片双工质冷却技术已成为重型燃气轮机冷却技术研究的重点和热点。

文献[2—3]分析了闭式蒸汽双工质冷却技术的优势以及对循环效率的
贡献。

上述研究结果表明，在相同的燃烧温度下，与空气冷却叶片相比，
采用闭式循环蒸汽冷却叶片，冷却效率显著提高，联合循环电站效率可提
高1.5%。

文献[4]采用数值模拟的方法研究了冷却工质蒸汽和空气的流量
和流动方向对叶片双工质冷却效率的影响。

该叶片具有5个光滑内冷通道
和尾缘鳍状孔结构，从前缘起，前4个内冷通道均采用闭式蒸汽对叶片进
行冷却，最后1个内冷通道与鳍状孔连通，通入其中的冷却空气由尾缘喷
射到叶栅主流中。

Nomoto等人实验研究了一种冷却结构简单的静叶，其
冷却通道为数十个直圆孔，冷却介质为高压蒸汽。

Bohn等对具有相似冷
却结构的叶片进行了数值分析和叶栅风洞实验。

本课题组对一具有5个光
滑内冷通道的蒸汽对流冷却静叶的内、外部耦合流动换热特性进行了研究，选用r-Re转捩模型模拟了静叶表面的传热过程，并在高温涡轮叶栅风洞
系统上进行了该静叶的冷效实验。

上述文献的研究结果均表明，虽然叶片
的主体冷却效率较高，但叶片尾缘未得到充分冷却，因而温度较高。

导热系数各向异性对平板气膜冷却特性影响的数值研究

导热系数各向异性对平板气膜冷却特性影响的数值研究摘要：本文针对复合材料平板开展气膜冷却特性数值模拟研究，分析X，Y，Z三个方向导热系数对平板气膜冷却壁面温度场和冷却效率的影响。

计算结果表）增大，平板热侧壁面整体温度明在特定条件下，随着X方向上的导热系数（λx不断下降，温度场分布更均匀。

在Y方向上，热侧壁面的综合冷却效率随Y方向上的导热系数变化关系不大。

随着Z方向上的导热系数的增大，平板热侧壁面的温度分布更加均匀，热侧壁面综合冷却效率先增大，在气膜孔上游附近开始减小，之后缓慢增大。

关键词：复合材料各向异性导热系数气膜冷却数值研究1 引言随着航空发动机性能、推重比的不断提升，涡轮前温度越来越高，未来先进的涡轴/涡桨发动机中压气机增压比会高达25以上，涡轮进口温度也接进2000K，远远超过当今航空发动机中燃烧室火焰筒、涡轮机匣和叶片等高温部件材料的耐热极限。

因此冷却技术及新型耐高温材料的应用成为高功重比发动机研制中的一个重要支撑，特别是在涡轮部件的研制中尤为突出，其中纤维增韧陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composite,下文中简称为CMC）得到广泛关注，并且不断应用于工程阶段。

文献[1]介绍了CMC材料在国外航空发动机热端部件上的应用现状，90年代，GE公司和P&W公司的EPM（Enabling Propulsion Materials）项目就通过使用陶瓷基复合材料来制造燃烧室的衬套，该衬套在1200℃的高温环境下的工作时间超过10000h。

NASA Glenn研究中心将SiCf/SiC陶瓷基复合材料应用于涡轮叶片上，可使冷气流量降低15%～25%，并且在燃烧室出口气流速度为60m/s、6个大气压（约6×105Pa）和1200℃工作环境中进行试验，满足考核要求。

本文针对单向纤维增韧的复合材料平板开展气膜冷却特性数值模拟研究，分析X，Y，Z三个方向导热系数差异对平板气膜冷却壁面温度场和冷却效率的影响。

平板气膜冷却换热效果的研究

平板气膜冷却换热效果的研究xx年xx月xx日contents •引言•平板气膜冷却换热原理•实验设计与方法•实验结果与讨论•结论与展望•参考文献目录01引言随着能源需求的增加和能源结构的调整，高效、环保的冷却技术成为研究的热点。

平板气膜冷却作为一种新型的冷却技术，具有高效、低成本、环保等优点，在工业和日常生活中有广泛的应用前景。

背景通过对平板气膜冷却换热效果的研究，有助于提高冷却设备的能效比，降低能源消耗，对实现能源的可持续利用和环境保护具有重要意义。

意义研究背景与意义研究目的和方法目的本研究旨在探究平板气膜冷却换热效果的影响因素，包括气膜流量、平板结构参数、操作条件等，并分析各因素对换热效果的作用机制。

同时，通过实验验证理论分析的正确性，为优化平板气膜冷却器的设计提供指导。

方法本研究采用实验研究和理论分析相结合的方法。

首先，通过实验测试不同工况下的平板气膜冷却换热效果，收集数据。

然后，利用数值模拟方法对平板气膜冷却过程进行建模，并分析各因素对换热效果的影响。

最后，通过实验验证数值模拟结果的准确性，为优化平板气膜冷却器的设计提供依据。

02平板气膜冷却换热原理平板气膜冷却换热模型是用来描述气体与固体表面之间的热交换过程。

该模型基于传热传质理论，通过数值模拟方法来预测平板气膜冷却换热效果。

在平板气膜冷却换热模型中，假设气体流过一个平直的冷表面，并忽略表面曲率和边界层的影响。

通过定义模型中的物理参数，如气体流速、温度、换热系数等，可以模拟计算出平板表面的换热效果。

平板气膜冷却换热模型在平板气膜冷却换热过程中，传热和传质是同时进行的。

传热是指热量从高温区域传递到低温区域的过程，而传质是指物质从高浓度区域传递到低浓度区域的过程。

在平板气膜冷却换热过程中，气体与固体表面之间的传热和传质受到多种因素的影响，如气体流速、温度、压力、换热系数等。

通过对这些因素进行分析，可以进一步了解平板气膜冷却换热的机理和规律。

透平动叶多凹槽叶顶气膜冷却特性的研究

透平动叶多凹槽叶顶气膜冷却特性的研究李冯;贾哲;张韦馨;刘钊;石䶮;丰镇平【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2022(56)8【摘要】为了提高透平动叶叶顶的气膜冷却性能,并降低由叶顶泄漏流引起的泄漏损失,开展了多凹槽叶顶气膜冷却特性研究。

采用试验测试和数值模拟相结合的方法,研究了燃气透平动叶不同结构多凹槽叶顶的气膜冷却特性与气动特性,其结构包括单凹槽、二凹槽、三凹槽和四凹槽4种叶顶形式。

在主流进口雷诺数为1.75×10^(5)条件下应用压力敏感漆技术获得了1.0、1.5和2.0等3种吹风比下多凹槽叶顶表面的气膜冷却有效度分布,并采用经过校核的数值方法辅助分析了叶顶间隙内的流场结构及其气动性能。

结果发现:多凹槽叶顶内的肋片改变了叶顶的流场结构,阻挡了冷气向下游发展。

相比于传统的单凹槽叶顶,四凹槽叶顶在吹风比较大时能够提高叶顶中部的冷却效果,但在叶顶中后部依旧是单凹槽叶顶的冷却效果最好。

同时,多凹槽叶顶能够显著降低叶栅的气动损失,相比于传统的单凹槽叶顶,二凹槽、四凹槽叶顶总压损失系数值分别降低了17.9%、20.9%。

【总页数】11页(P149-159)【作者】李冯;贾哲;张韦馨;刘钊;石䶮;丰镇平【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院;中国联合重型燃气轮机技术有限公司【正文语种】中文【中图分类】V231.1【相关文献】1.燃气透平凹槽状叶顶气膜冷却特性研究2.凹槽带肋叶顶气膜冷却特性数值模拟3.椭圆孔及偏转角对凹槽叶顶气膜冷却流动换热特性的影响4.动叶凹槽状叶顶气膜冷却有效度和气动性能不确定性量化研究5.考虑气膜冷却脉动特性的涡轮动叶凹槽状叶顶气动和冷却性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

燃气轮机透平导叶闭式蒸汽冷却研究的开题报告

燃气轮机透平导叶闭式蒸汽冷却研究的开题报告标题：燃气轮机透平导叶闭式蒸汽冷却研究的开题报告研究背景与意义：燃气轮机在能源领域有广泛的应用。

在燃气轮机的工作过程中，透平使用温度高的高压气体驱动转子旋转，产生功率。

但是高温下的透平叶片容易损坏，这对于透平的寿命和效率都会有不良的影响。

为了降低透平叶片的温度，目前常见的方法是采用开式蒸汽冷却，即在透平叶片表面喷洒水蒸汽进行冷却。

但是，开式蒸汽冷却会造成系统能耗的增加和环境污染的问题。

因此，闭式蒸汽冷却技术应运而生，并且越来越受到关注。

本研究旨在探讨燃气轮机透平导叶闭式蒸汽冷却技术，旨在为燃气轮机的运行和性能提供理论和实践基础。

研究内容与方法：本研究将以闭式蒸汽冷却技术为基础，研究在燃气轮机透平导叶的冷却方案。

研究的关键点包括：（1）闭式蒸汽冷却技术在透平导叶上的可行性；（2）透平导叶的温度分布及影响因素；（3）闭式蒸汽冷却对透平性能的影响；（4）闭式蒸汽冷却方案的优化和实践应用。

为了完成研究，将采用数值模拟和实验研究的方法。

数值模拟采用计算流体动力学（CFD）软件建立透平导叶模型，研究闭式蒸汽冷却对温度分布的影响，并与开式蒸汽冷却做对比分析。

实验将建立透平导叶闭式蒸汽冷却试验台，根据实验结果分析闭式蒸汽冷却对燃气轮机性能的影响，并针对实验结果进行方案的改进和优化。

预期成果及意义：本研究将通过数值模拟和实验研究，深入探讨在燃气轮机透平导叶上闭式蒸汽冷却技术的可行性和优化方案。

预期达到以下成果：（1）分析闭式蒸汽冷却在燃气轮机透平导叶上的优势和不足；（2）优化闭式蒸汽冷却方案以降低燃气轮机的系统能耗，并实现环保；（3）提高燃气轮机的效率和寿命，从而减少维护费用和提高经济效益。

本研究将填补国内燃气轮机透平导叶闭式蒸汽冷却方案的研究空白，为燃气轮机的发展提供重要的参考，有利于我国在燃气轮机领域的世界地位的逐步提高。