【摘 要】
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涡轮外环块位于涡轮叶片和机匣之间,起到保护和支撑机匣作用。随着发动机性能的不断提升,涡轮前进口温度不断提升,因此需要更高效的冷却结构。涡轮外环块梯形沟槽对气膜分布存在一定影响。基于该背景,本文利用数值模拟和试验相结合方法研究了双排气膜孔间距、孔排间距、上下游孔排顺逆组合对沟槽表面气膜冷却效率和换热系数的影响,并分析了整体外环块气膜冷却特性。在双排孔试验中,沟槽对气膜有明显的导向作用。气膜容易受到表
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涡轮外环块位于涡轮叶片和机匣之间,起到保护和支撑机匣作用。随着发动机性能的不断提升,涡轮前进口温度不断提升,因此需要更高效的冷却结构。涡轮外环块梯形沟槽对气膜分布存在一定影响。基于该背景,本文利用数值模拟和试验相结合方法研究了双排气膜孔间距、孔排间距、上下游孔排顺逆组合对沟槽表面气膜冷却效率和换热系数的影响,并分析了整体外环块气膜冷却特性。在双排孔试验中,沟槽对气膜有明显的导向作用。气膜容易受到表面沟槽影响,更偏向沟槽方向。吹风比增大时该影响减小。在低吹风比下,顺向孔气膜冷却效率更高;高吹风比下,逆向孔气膜冷却效率更高。流量系数试验结果表明,随着孔排间距的增加,流量系数逐渐上升,二次流的压制效应逐渐减小,顺向孔的压制效应更明显。数值仿真结果表明,孔间距过大会导致孔排间的叠加效果较弱。逆向射流的气膜孔在大吹风比下气膜冷却效率更高,顺向射流在低吹风比下气膜冷却效率较高。外环块的气膜冷却试验结果表明,中上游气膜孔效率较低,下游气膜孔受到上游孔的叠加效应,效率较高。吹风比越大,该效果越明显。平板4×10孔阵的最佳吹风比为1.1,沟槽表面3×9孔阵的最佳吹风比为1.4。沟槽表面3×9孔阵的二次流更容易受到压制效应,在相同吹风比下流量系数比平板4×10孔阵小。数值仿真结果表明,平板上的气膜容易受主流方向影响;表面有沟槽时,气膜更偏向沟槽方向。当吹风比增大时,上游气膜孔效率减小,下游孔效率增加。
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