液滴/空气两相气膜平板冷却性能研究

摘要

随着对燃气轮机性能要求的提高,压气机的增压比和涡轮前的进口温度逐步提高。而涡轮叶片材料的安全工作范围提高进展缓慢,所以有效的叶片冷却十分重要。而现在的冷却结构中较为普遍的冷却结构就是气膜冷却技术。而改变冷却工质是提高冷却效果的一种途径,现在已经应用的蒸汽冷却虽然可以提高冷却效率,但是需要引进外接蒸汽系统,所以对水滴空气两相冷却的研究具有很大意义。水滴喷雾空气冷却的强化换热的原理是水滴蒸发过程中气化潜热吸收大量热量;水滴和气化后水蒸气拥有远高于空气的大比热容。研究采用平板气膜冷却模型,其结构简单,便于研究各个几何参数、气动参数对流动特性与传热特性的影响。
　　本文主要针对平板气膜孔冷却模型,对圆柱形气膜孔和收缩缝气膜孔结构加入水滴喷雾后的流动及换热特性展开数值研究:1.对圆柱形气膜孔平板模型进行数值模拟,对比分析涡量和温度分布的关系;单相空气气膜冷却和加湿液滴喷雾冷却在流动方向的差异;不同吹风比对冷却特性的影响;射流角度对冷却特性的影响;加湿量对冷却特性的影响。2.对气膜孔结构进行改进,收缩缝气膜孔的结构特点是气膜孔沿孔中心线方向Y方向是逐渐收缩的,在沿翼展方向是向外扩张的,而且整个通道横截面的面积是逐渐减小的,这些几何特点使收缩缝气膜孔射流的流场及与主流的相互作用具备与圆柱形气膜孔不同的特性:在大范围的吹风比条件下,收缩缝气膜孔射流向主流的穿透都能得到很好的抑制,翼展方向的气膜覆盖率大,冷却死区小,对流换热能力高。对比收缩缝气膜孔的不同几何参数(出口缝宽、长径比和气膜孔角)对气膜冷却特性均有较大的影响,特别在大吹风比条件下更为明显。

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第1章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 平板气膜冷却国内外研究进展

1.3两相流冷却国内外研究进展

1.4 本文的的主要研究内容

第2章 两相流冷却的数值计算方法

2.1 引言

2.2 连续相计算模型

2.3 两相流离散相计算模型

2.4 液滴壁面边界条件

2.5 数据处理公式

2.6 本章小结

第3章 圆柱形气膜孔两相流冷却性能研究

3.1 引言

3.2 平板气膜冷却的计算设置

3.3. 计算结果对比分析

3.4 本章小结

第4章 收缩缝气膜孔两相冷却性能研究

4.1 引言

4.2 收缩缝气膜冷却几何模型

4.3 收缩缝气膜冷却网格结构

4.4 边界条件设置

4.5收缩缝气膜孔和圆形气膜孔的冷却特性对比

4.6收缩缝气膜孔孔结构参数对冷却特性影响

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢