倾斜和肋化靶面阵列射流冲击换热特性研究

摘要

随着高效节能发动机的发展，对航空发动机各部件效率、寿命和安全性也提出越来越高的要求，航空发动机叶尖间隙控制是上述目标实现的一个重要保证。本文针对某型多级低压涡轮主动间隙控制装置中冷却空气系统，通过合理的简化，抽象出典型换热单元进行试验研究，为其改进设计提供基础数据参考。
　　首先分别针对单根冷却管和多冷却管冲击倾斜靶面，开展了换热特性试验研究。重点分析冲击Re数(6000、9000、12000），冲击间距比H/d（2.73、4.55、6.36）对换热效果的影响，并通过比较单冷却管与多冷却管不同条件下，靶面特定位置上换热系数的差异来研究多冷却管工况中上游管冲击形成横流的影响。研究中发现，由于冷却管沿程空气出流量的变化，使得靶板表面在沿着冷却管流向上，局部Nu先减小后增大。多冷却管阵列冲击时，冲击产生的横流会进一步提升靶面的换热系数。试验结果表明，随着冲击Re数的增加，靶面换热效果提升明显。冲击间距比H/d减小后，也能提高靶面的换热系数。本文的研究工况中，靶面换热效果在H/d=2.73时达到最佳值。
　　随后本文试验研究了非规则阵列冲击带肋靶板的换热特性，分析了冲击Re数（2000-15000），冲击孔间距比Sy/d（4-20）、冲击间距比Sz/d（6、8、10）对换热效果的影响。研究中发现，靶面存在高肋后，显著改变了靶面的冲击换热效果。在斜向冲击和靶面高肋的共同作用下，冲击滞止点周边5倍冲击孔直径的范围内均有较好的强化换热效果。试验结果表明：靶面换热系数随着冲击雷诺数Re的增加而变大。冲击间距比Sz/d对平均Nu数影响非单调，小冲击Re数工况下，大冲击间距比能够获得较高的换热系数，而在高冲击Re数工况下，小冲击间距有助于提高强化换热效果。当冲击孔间距比Sy/d减小时，靶面平均换热系数增加显著。

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注释表

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2研究现状

1.3本文研究内容

第二章倾斜靶面阵列射流冲击换热特性试验方案设计

2.1试验模型

2.2换热特性试验方法

2.3试验段设计

2.4试验系统

2.5参数定义和数据处理

2.6试验工况

第三章倾斜靶面阵列射流冲击换热特性试验结果分析

3.1 单管换热试验结果分析

3.2 多管换热试验结果分析

3.3 小结

第四章肋化靶面阵列射流冲击换热特性试验方案设计

4.1试验模型

4.2换热特性试验方法

4.3试验段设计

4.4试验系统

4.5参数定义和数据处理

4.6试验工况

第五章肋化靶面阵列射流冲击换热特性试验结果分析

5.1局部Nu数分布规律

5.2冲击Re数的影响

5.3冲击间距Sz/d的影响

5.4冲击孔间距Sy/d的影响

5.5本章小结

第六章误差分析

6.1装置误差

6.2人员误差

6.3环境误差

6.4方法误差

6.5试验不确定度分析

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文