發(fā)布時間：2020-11-19 17:28

　　 隨著現代航空燃氣渦輪發(fā)動機性能的日益提高,高增壓比、高渦輪進口溫度、高推重比、高效率和低污染等是未來航空發(fā)動機發(fā)展的必然趨勢,同時對燃燒室火焰筒壁的冷卻提出了更高的要求。異形氣膜孔是在圓柱孔的基礎上逐漸發(fā)展的高效氣膜冷卻結構,為火焰筒壁面冷卻技術提供了新的途徑。本文針對火焰筒異形氣膜孔冷卻結構,開展了流動與換熱特性的研究。研究基于Fluent軟件進行,設計了三種類型的異形孔結構,主要包括前傾孔,扇形孔和簸箕孔,研究每種孔型結構的主要幾何參數(前傾孔的前傾擴張角、扇形孔的展向擴張角和簸箕孔的擴張比例、孔傾角、前傾擴張角以及展向擴張角)對火焰筒流動與換熱特性的影響。主要開展了以下兩方面的研究:一、在相同的邊界條件下,分析了典型周期面的溫度分布、熱側壁面的溫度分布、氣膜孔內速度以及矢量分布、氣膜孔內及出口附近的壓力和流線分布和沿程平均冷卻效率分布規(guī)律,進一步比較了不同幾何參數對其流動與傳熱特性的影響,總結了冷卻效率關于不同幾何參數的關系式。研究表明,前傾擴張角越大,前傾孔的冷卻效率越高;展向擴張角越大,扇形孔的冷卻效率越大;與未擴張的圓柱孔相比,具有擴張的簸箕孔效率提高明顯,同時半擴張的孔型與完全擴張孔的差別較小,孔傾角越小,冷卻效率越高,前傾擴張角和展向擴張角在本文研究范圍內對冷卻效率的影響不大。二、基于數值模擬結果,對冷卻效率公式進行了歸納總結,分析了主要的影響參數,編寫了火焰筒異形氣膜孔冷卻結構的一維流動與換熱程序,為火焰筒兩側的換熱特性分布的預估提供了工具。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V235.1
【部分圖文】：

染等是未來航空發(fā)動機發(fā)展的必然趨勢，同時對燃燒室火焰筒壁的冷卻提出著設計參數的提高，壓氣機出口溫度的升高導致冷卻空氣的冷卻能力降低，，需要在滿足油氣比的要求下通過增加燃油量來提高燃燒室溫度，使得燃燒平均溫度相應增高。因此在冷卻氣體溫度提高的情況下，如何在保證冷卻效空氣的用量，從而對燃燒室火焰筒壁面進行有效的熱保護，開發(fā)先進的冷卻為目前亟需解決的關鍵技術問題。室位于壓氣機和渦輪之間，主要作用是對來自壓氣機的氣體與燃油合理安排從而產生高溫高壓的燃氣，然后通過渦輪或噴管做功，使燃氣的熱能轉化為室是航空發(fā)動機重要的部件之一，它的性能對發(fā)動機的可靠性、壽命和經濟例如若燃燒室出口溫度分布不均勻，則會導致其局部溫度過高而引起第一級受損壞。燃燒室主要由擴壓器、機匣、旋流器、噴嘴、帽罩以及火焰筒組成中，火焰筒壁面上面開有各種孔，其中主流孔和摻混孔用于實現油/氣兩相流同時主流與冷流在下游區(qū)域進行摻混，以此滿足火焰筒出口溫度分布的需要燃燒產生的燃氣溫度高達 2000K，火焰筒壁面的熱負荷較大，所以必須采取延長火焰筒的壽命。

焰筒壽命采用的主要方法有：一是使用耐高溫的材料新型的耐高溫材料，但該材料應用到火焰筒上還需要的冷卻結構來冷卻火焰筒壁面，使火焰筒壁面得到有式主要有氣膜冷卻、沖擊冷卻和復合冷卻等方式。燃氣輪機最早開始使用的一種冷卻技術，目前已成為卻的原理如圖 1.2 所示，溫度較低的二次流體通過縫蓋在火焰筒壁面從而隔離高溫主流，繼而對火焰筒的通道存在著壓力差，壓差將低溫的冷卻氣體通過氣膜主流的壓力作用而向下游彎曲，形成冷卻氣膜貼著壁的熱輻射，對壁面起到良好的熱保護。沿著流動方向混，使得冷卻氣流的溫度不斷升高，冷卻效果沿流向流來降低氣膜溫度。

圖 1. 3 單圓噴口沖擊射流流場結構一種非常高效的冷卻方式，相比于單一冷卻方式，存的冷卻中有著重要的應用。目前航空發(fā)動機復合冷卻進行組合的冷卻結構，如集沖擊冷卻、對流冷卻和氣，基本原理為：冷卻氣體通過沖擊孔與壁面進行沖擊生偏轉，與擾流柱進行對流換熱，最后冷卻氣體經氣附面層受到抽吸作用，使得冷氣側壁內的換熱得到大熱面積較大，通道內具有很高的換熱系數。所以層板
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本文編號：2890261