粗糙度对涡轮叶片流动转捩及传热特性的影响

作     者：李虹杨 郑赟 LI Hongyang;ZHENG Yun

作者机构：北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083 先进航空发动机协同创新中心北京100083 

出 版 物：《北京航空航天大学学报》 (Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics)

年 卷 期：2016年第42卷第10期

页      面：2038-2047页

核心收录：

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主　　题：粗糙度 转捩 涡轮 间歇因子 边界层 

摘      要：为研究表面粗糙度对涡轮叶片流动转捩以及传热特性的影响,在自行开发的CFD程序平台上提出了对γ-Reθ转捩模型的粗糙度修正方法,并参考平板绕流和涡轮叶栅的实验数据对该方法进行验证。考虑粗糙度效应的影响,对MarkⅡ涡轮导叶5411工况进行数值模拟,得到如下结论:表面粗糙度对层流边界层换热系数影响不大,而对湍流边界层则有较大影响,进而显著改变壁面温度分布;与光滑壁面相比,5μm的等效沙粒粗糙度使吸力面湍流区域壁面温度升高约5.7 K,100μm粗糙度使壁面温度升高28.4 K,增幅达5%左右;当壁面粗糙度较低时,激波干涉对吸力面边界层的转捩起主导作用,而当粗糙度大于某临界值时,其作用会使转捩位置突然变化,本算例中该临界值近似为150μm。