带三棱锥阵列冷却通道流动换热特性的研究

作     者：侯昶 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鲍锋

授予年度：2021年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：涡轮叶片 三棱锥阵列 数值计算 几何参数 旋转通道 

摘      要：燃气轮机性能的提升对涡轮叶片冷却技术提出了越来越高的要求。扰流通道是一种典型的涡轮叶片内冷结构,传统带扰流肋通道的换热效果较理想,但也会带来较大压损。鉴于此本文提出了一种新型三棱锥阵列扰流结构,并通过数值计算的方式对带有该结构方形通道的流动换热特性进行了研究。首先在静止直通道中针对三棱锥阵列不同宏观参数和形状参数对通道流动换热特性的影响做出对比与总结,研究过程选择传统W型肋作为对照,同时考虑了雷诺数影响。其中宏观参数包括阵列形式、横向列数以及流向间距比,微观参数包括三棱锥底面三角形腰长、顶角和三棱锥高。之后选出较优三棱锥方案,在相同尺寸的旋转直通道和旋转U型通道中将其与W型肋做进一步对比,并明确旋转对通道流动换热特性的影响。结果表明:纵向涡的生成使得三棱锥阵列能兼顾通道压损的降低与换热效果的改善。逆流向对正阵列综合换热效率最高,且能适用于更广的雷诺数区间,在此基础上,横向列数的较优取值为4～6,流向间距比与通道流动换热特性之间基本呈线性关系。综合换热效率随底面腰长增大而增大;随顶角和三棱锥高增大先增大后减小,具体变化规律均一定程度受其余参数和雷诺数影响。旋转对带三棱锥阵列直通道流动换热特性的影响较W型肋通道更明显。对于U型通道,其进口通道流动换热特性及随旋转数变化规律与直通道类似,出口通道三棱锥阵列方案更易受回转段二次流影响。各旋转数下三棱锥方案进出口通道综合换热效率的均值相比W型肋皆有20%左右的提升。