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提高燃汽轮机进口温度对改善发动机热力循环性能有很大的作用,因此为了保证叶片能够正常,稳定,长久的工作,必须对叶片进行冷却。一般情况下,叶片的冷却是通过在叶片内设计冷却通道对叶片进行对流、冲击和。
通过研究表明,通道内布置针肋能起到强化传热的目的。目前强化传热已经广泛的应用到食品加工和贮藏等行业中,例如:在贮藏器内布置针肋可以增大与食品的接触面积,起到强化传热的作用,从而可以及时排出食品产生的呼吸热,达到延长贮藏期的目的;同样在食品干燥器中加针肋可以提高干燥仓内温度的均匀性,加大辐射面积,还可以避免由于温度过高而导致加热板的变形,从而缩短干燥过程。
本文采用数值模拟和实验研究两种方法研究了在涡轮叶片尾缘的内部冷却通道中布置束腰结构扰流柱对换热和流动阻力特性的影响,并与通常采用的圆柱结构扰流柱通道进行了比较。
本人研究中采用的通道为楔角为10度的楔形通道,通道内布置了四排扰流柱,其中前三排为束腰结构扰流柱,最后一排为圆柱结构扰流柱,排列方式为叉排。计算模型中选用了七种不同束腰比的扰流柱,扰流柱的几何参数为:r=5*h/6,e=h/12,κ=d/D=0.175、0.25、0.4125、0.5、0.625、0.75、0.875、1,ρ=8*d/(r<2>+4*d<2>) 计算了不同进口雷诺数(3000 15000,间隔为 1500)和不同组合情况下楔形通道内压力分布,速度分布,流场分布和温度分布。本文引进了通道平均努塞尔数,压力损失系数和综合性能评价系数三个无量纲准则数,通过这三个参数对换热和流动阻力特性进行了研究。而在实际实验中,由于加工条件的限制,只取κ=d/D=0.4125、0.5、0.625、0.75、0.875、1六种不同束腰比的扰流柱进行了实验研究并对计算结果验证,其他实验工况与计算时一致。
实验结果和计算结果表明,实验部分的与计算部分基本吻合,各分析量的变化趋势一致,主要表现在以下几点:随着雷诺数的增大,换热效果增强,阻力损失系数变小。在较大雷诺数时,与圆柱通道相比,束腰结构扰流柱通道的换热效果稍低;随着束腰比κ的增大,换热效果提高,然后趋于平缓,而其压力损失却曲折波动;在三排扰流柱中,第Ⅱ排束腰结构扰流柱对换热效果影响最大,第Ⅰ排影响最小。当第Ⅰ排和第Ⅲ为束腰结构扰流柱时,其换热减弱,而压力损失系数却增大。