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带有非定常气膜出流的涡轮外环内部冲击换热的数值研究

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热能动力工程 2023年第1期38卷 42-48页

作者：陈磊张灵俊王文璇庹天豪中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500 西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

为了研究涡轮外环外部非定常压力波动对内部射流冲击流动换热特性的影响,采用非稳态雷诺平均的数值模拟方法获得了正弦型气膜出流压力脉动参数(波动频率和幅值)对冲击靶面换热特性的影响规律。计算表明:正弦型气膜出流压力能诱导产生相... 详细信息

为了研究涡轮外环外部非定常压力波动对内部射流冲击流动换热特性的影响,采用非稳态雷诺平均的数值模拟方法获得了正弦型气膜出流压力脉动参数(波动频率和幅值)对冲击靶面换热特性的影响规律。计算表明:正弦型气膜出流压力能诱导产生相同频率不同相位的正弦型冲击入口压力和进、出口质量流量;随着气膜出口压力的波动频率增大,冲击入口压力和进、出口质量流量的波动范围不断减小,而靶面瞬时平均Nu的波动范围先减小后增大;增大出口压力振幅能增大进口压力、进出口质量流量和靶面瞬态换热的波动范围,不改变相位分布。

关键词：涡轮外环冲击换热非定常气膜出流数值研究

叶片旋转转速和吹风比对涡轮外环双层壁结构阵列冲击冷却特性的影响研究

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热能动力工程 2022年第12期37卷 87-95页

作者：孔德海牛夕莹庹天豪刘存良西北工业大学动力与能源学院陕西西安710100 中国船舶集团有限公司第七〇三研究所黑龙江哈尔滨150078

采用数值模拟的方法,基于稳态雷诺平均方程(URANS)耦合k-ω SST模型和滑移网格法分析了涡轮叶片旋转扫掠条件下带有非定常气膜出流的外环腔内阵列冲击传热特性。在外环冲击-气膜复合冷却结构中,冲击孔和气膜孔呈交错排列,冲击距与冲击... 详细信息

采用数值模拟的方法,基于稳态雷诺平均方程(URANS)耦合k-ω SST模型和滑移网格法分析了涡轮叶片旋转扫掠条件下带有非定常气膜出流的外环腔内阵列冲击传热特性。在外环冲击-气膜复合冷却结构中,冲击孔和气膜孔呈交错排列,冲击距与冲击孔直径之比为1.25,斯特劳哈尔数St=2.35、3.52(对应转速Ω=10 000、15 000 r/min),吹风比M=0.5、1及1.5。结果表明:叶片旋转扫掠效应引起的气膜孔出口压力波动会诱导冲击孔入口的瞬时质量流量发生变化,而时均质量流量几乎保持不变;吹风比在0.5~1.5之间变化时,靶面的瞬时和时均平均冲击换热特性随着吹风比的增大而增强;相同的吹风比时,叶片转速的提高对靶面瞬时和时均换热特性的影响非常微小。

关键词：涡轮外环旋转效应冲击冷却非定常气膜

液力变矩器涡轮外环叶片槽冲裁力的分析与研究

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锻压技术 2023年第1期48卷 84-89页

作者：潘文宏陕西国防工业职业技术学院智能制造学院陕西西安710300

为解决液力变矩器手工冲槽加工效率低这一难题,提高冲裁件的断面质量和冲裁效率,以YB-265中等型号冲焊型液力变矩器涡轮外环叶片冲槽加工为研究基础,采用壳体厚度为3 mm,且相同规格的10F钢作为液力变矩器涡轮外环叶片槽冲裁试验材料。... 详细信息

为解决液力变矩器手工冲槽加工效率低这一难题,提高冲裁件的断面质量和冲裁效率,以YB-265中等型号冲焊型液力变矩器涡轮外环叶片冲槽加工为研究基础,采用壳体厚度为3 mm,且相同规格的10F钢作为液力变矩器涡轮外环叶片槽冲裁试验材料。利用截面为20 mm×1.5 mm的矩形凸模进行冲槽试验,通过更换凹模来改变冲裁间隙,以完成在不同冲裁间隙条件下对涡轮外环叶片槽的冲裁试验,采集并拟合分析冲裁力与冲裁间隙之间的变化曲线。研究发现,随着冲裁间隙的增大,冲裁力缓慢减小,且断裂带形成具有一定的滞后性;光亮带缓慢减小,分布相对比较均匀,但毛刺高度却随之增加。经比较经验公式和试验曲线,得出经验公式所假设的冲裁间隙约为23.42%t。研究结果对汽车液力变矩器的制造技术和应用具有一定的实际意义和促进作用。

关键词：液力变矩器涡轮外环叶片槽冲槽加工冲裁间隙冲裁力

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涡轮外环流动换热数值仿真及试验研究

涡轮外环流动换热数值仿真及试验研究

第六届中国航空科学技术大会

作者：陈皓吴小军周澎录中国航发沈阳发动机研究所

涡轮外环作为航空发动机涡轮结构中的重要部件,具有隔绝高温燃气对机匣部件冲刷、构成流道等作用,因其冷却结构的温度影响涡轮部件工作可靠性,准确分析外环温度具有重要意义。以涡轮外环为研究对象,采用三维流热耦合数值仿真方法,对涡... 详细信息

涡轮外环作为航空发动机涡轮结构中的重要部件,具有隔绝高温燃气对机匣部件冲刷、构成流道等作用,因其冷却结构的温度影响涡轮部件工作可靠性,准确分析外环温度具有重要意义。以涡轮外环为研究对象,采用三维流热耦合数值仿真方法,对涡轮外环冷却结构流动换热特性以及综合冷却效果展开研究。在数值仿真的基础上,针对涡轮外环冷却效果开展了试验研究,重点分析了二次流与主流压比(1.26～1.67)、冲击孔径(0.6 mm、0.8 mm及1.0 mm)对涡轮外环冲击面换热特性和冷却效果的影响。

关键词：涡轮外环流动换热数值仿真热分析冲击换热

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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涡轮外环成形工艺

热加工工艺 2006年第17期35卷 88-89页

作者：左阳春贺冠雄乔博武汉铁路职业技术学院机电工程系湖北武汉430063 中船重工第十二研究所陕西兴平713102

主要介绍涡轮外环成形模具、检测、模具修正、落料毛坯的确定及其成形工艺。

关键词：涡轮外环模具修正成形

涡轮外环块沟槽表面孔阵射流气膜冷却特性研究

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涡轮外环块沟槽表面孔阵射流气膜冷却特性研究

作者：张子阳沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

涡轮外环块位于涡轮叶片和机匣之间,起到保护和支撑机匣作用。随着发动机性能的不断提升,涡轮前进口温度不断提升,因此需要更高效的冷却结构。涡轮外环块梯形沟槽对气膜分布存在一定影响。基于该背景,本文利用数值模拟和试验相结合方法... 详细信息

涡轮外环块位于涡轮叶片和机匣之间,起到保护和支撑机匣作用。随着发动机性能的不断提升,涡轮前进口温度不断提升,因此需要更高效的冷却结构。涡轮外环块梯形沟槽对气膜分布存在一定影响。基于该背景,本文利用数值模拟和试验相结合方法研究了双排气膜孔间距、孔排间距、上下游孔排顺逆组合对沟槽表面气膜冷却效率和换热系数的影响,并分析了整体外环块气膜冷却特性。在双排孔试验中,沟槽对气膜有明显的导向作用。气膜容易受到表面沟槽影响,更偏向沟槽方向。吹风比增大时该影响减小。在低吹风比下,顺向孔气膜冷却效率更高;高吹风比下,逆向孔气膜冷却效率更高。流量系数试验结果表明,随着孔排间距的增加,流量系数逐渐上升,二次流的压制效应逐渐减小,顺向孔的压制效应更明显。数值仿真结果表明,孔间距过大会导致孔排间的叠加效果较弱。逆向射流的气膜孔在大吹风比下气膜冷却效率更高,顺向射流在低吹风比下气膜冷却效率较高。外环块的气膜冷却试验结果表明,中上游气膜孔效率较低,下游气膜孔受到上游孔的叠加效应,效率较高。吹风比越大,该效果越明显。平板4×10孔阵的最佳吹风比为1.1,沟槽表面3×9孔阵的最佳吹风比为1.4。沟槽表面3×9孔阵的二次流更容易受到压制效应,在相同吹风比下流量系数比平板4×10孔阵小。数值仿真结果表明,平板上的气膜容易受主流方向影响;表面有沟槽时,气膜更偏向沟槽方向。当吹风比增大时,上游气膜孔效率减小,下游孔效率增加。

关键词：涡轮外环孔阵射流气膜冷却效率换热系数

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涡轮外环非定常气膜冷却特性研究

涡轮外环非定常气膜冷却特性研究

作者：韩博沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

在各国航空事业迅猛发展的今天,为了实现航空发动机更高的推重比和热效率,涡轮进口温度不断提高,对涡轮关键部位的冷却提出更高的要求。涡轮外环直接暴露在叶顶间隙的泄漏流中,并承受高的热负荷和高低频高温循环热冲击,已经成为当前航... 详细信息

在各国航空事业迅猛发展的今天,为了实现航空发动机更高的推重比和热效率,涡轮进口温度不断提高,对涡轮关键部位的冷却提出更高的要求。涡轮外环直接暴露在叶顶间隙的泄漏流中,并承受高的热负荷和高低频高温循环热冲击,已经成为当前航空发动机涡轮级常见的寿命限制因素。但目前国内外对涡轮外环非定常气膜冷却特性的研究还相当匮乏,其传热流动的详细机理尚未阐明,有必要对外环非定常气膜冷却特性进行深入研究。本文对叶片高速扫掠作用下高压涡轮外环的非定常气膜冷却过程进行了数值模拟,应用滑移网格实现涡轮叶片与外环壁面之间的相对运动。分析了吹风比、顺逆射流方向、气膜孔射流角度等因素对高压涡轮外环气膜冷却特性的影响规律。研究结果表明:外环气膜冷却效率分布主要受由叶片旋转所产生的叶顶泄漏流及泄漏涡的影响;叶顶泄漏涡表现为对冷气的压制与裹挟作用;这种对冷气的压制作用从强至弱依次为叶顶泄漏涡、叶顶泄漏流、主流通道内流动;气膜孔逆向射流时,会使叶顶泄漏涡涡型发生改变,且与外环距离增加。针对在小吹风比下涡轮外环气膜覆盖不均的现象,从沿主流方向剧烈压力变化所导致的各列气膜孔冷气分配不均入手,通过改变气膜孔孔径及冷气腔结构,以求实现更好的冷却效果。最终发现更改冷气腔结构具有更好的冷却效果。

关键词：涡轮外环非定常气膜冷却叶顶泄漏涡叶顶泄漏流

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涡轮外环气膜冷却和换热特性研究

涡轮外环气膜冷却和换热特性研究

作者：高超西北工业大学

学位级别：硕士

涡轮外环是涡轮动叶叶栅的主要组成部件之一,承受着高温高速气流的强烈冲刷,热负荷大,易烧蚀,必须对其采取高效的冷却措施。国外先进航空发动机的涡轮外环都采用了先进的气膜冷却技术,但国内目前对这种特殊流动-结构条件下的气膜冷却特... 详细信息

涡轮外环是涡轮动叶叶栅的主要组成部件之一,承受着高温高速气流的强烈冲刷,热负荷大,易烧蚀,必须对其采取高效的冷却措施。国外先进航空发动机的涡轮外环都采用了先进的气膜冷却技术,但国内目前对这种特殊流动-结构条件下的气膜冷却特性与机理的研究非常不足,制约了我国发动机涡轮外环高效气膜冷却结构的设计。基于以上背景,本文通过建立涡轮外环实验和数值计算研究方法,针对涡轮外环单元气膜冷却结构的换热特性与流动机理展开基础研究。本文通过对叶片旋转扫掠条件下涡轮外环气膜流动结构与冷却特性的研究发现,影响外环时均气膜冷却特性的主要因素为涡轮动叶叶栅的燃气入射角和叶片旋转所带来的受限高度通道效应。因此本文在主流入射角,速度和气膜孔结构参数相似条件下,基于受限高度主流通道结构,提出了外环时均气膜冷却特性的实验研究方法,可以模拟叶片旋转扫掠条件下涡轮外环气膜的时均流动轨迹,获得接近实际情况的时均气膜冷却效率分布结果。在涡轮外环的周向(叶片转动方向)倾斜气膜孔的实验研究中,分析了吹风比,孔径雷诺数,孔间距和孔角度对涡轮外环表面单排孔气膜冷却效率分布的影响规律。主要得出以下结论:在不同周向倾斜气膜孔下,小倾角气膜孔冷却效率值存在一个最佳吹风比,随着孔倾角的进一步增大,气膜冷效随着吹风比的增大而减小,而在孔倾角增加到与叶片旋转方向相反时,冷效值随着吹风比的增大趋于平稳;在小吹风比下,随着孔径雷诺数的增大,气膜冷效增加,吹风比的进一步增加,气膜冷效随着孔径雷诺数先增大后减小;随着孔间距的增大,气膜展向覆盖变窄,流向影响距离增大,不同吹风比下,冷效值随着孔间距的增大而减小;对比不同周向倾角气膜孔的气膜冷效,倾角较小的气膜孔的冷效最高,随着倾斜角度的增加,气膜冷效值降低,气膜冷却效果变差。在涡轮外环的流向(垂直于叶片转动方向)倾斜气膜孔的实验研究中,分析了比了吹风比,孔径雷诺数对外环表面顺流/逆流倾斜单排孔气膜冷却效率分布的影响规律。研究发现:在顺流和逆流倾斜气膜孔下,小吹风比气膜覆盖较好,气膜冷却效率随着吹风比的增大而减少,特别在大吹风比下逆流气膜孔气膜基本没有覆盖,冷效值较低;小吹风比的气膜冷却效果存在最佳的雷诺数,随着吹风比的增大,气膜冷效随孔径雷诺数呈现出先增大后减小的变化;对比两种不同角度的流向孔,在小吹风比下,特别是设计点附近,顺流孔倾角下的冷却效率较高,冷却效果较好。在带有叶片旋转扫掠下涡轮外环的非稳态数值机理研究中,涡轮外环时均气膜冷却效率和换热系数比的分布规律主要受叶栅通道流动结构,叶顶复杂流动结构和叶片旋转扫掠的影响。通过外环表面的时均气膜冷效和换热结果的分析可知,气膜孔倾角对于时均冷效的影响较小,时均的换热系数比在较小的孔倾角时值较大,不同孔排布局下的气膜冷却效率和换热特性差别不明显。冲击进气条件下,随着吹风比的增大,在外环二次流腔受限空间内,外环冷气侧换热随着冲击雷诺数的增大而增强,气膜冷却效率相比于无冲击进气下减弱,换热系数比规律在不同吹风比下存在较为明显的差异。

关键词：涡轮外环实验研究气膜冷效孔倾角叶片旋转数值模拟

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高压涡轮外环非定常气膜冷却特性研究

热力发电 2019年第8期48卷 42-48页

作者：寇志海韩博李广超张魏毛晓东沈阳航空航天大学航空发动机学院

本文对叶片高速扫掠作用下高压涡轮外环的非定常气膜冷却过程进行了数值模拟,应用滑移网格实现涡轮叶片与外环壁面之间的相对运动,分析了叶片的旋转效应、吹风比、转速、气膜孔逆顺流布置等因素对高压涡轮外环气膜冷却特性的影响规律。... 详细信息

本文对叶片高速扫掠作用下高压涡轮外环的非定常气膜冷却过程进行了数值模拟,应用滑移网格实现涡轮叶片与外环壁面之间的相对运动,分析了叶片的旋转效应、吹风比、转速、气膜孔逆顺流布置等因素对高压涡轮外环气膜冷却特性的影响规律。结果表明:叶片与涡轮外环之间的相对运动使得气膜分布更加均匀,同时导致了吸力面附近气膜的葫芦状分布,有利于对外环壁面的冷却;逆向分布气膜孔在大吹风比与高转速下有更好的气膜冷却效果;吹风比的增加加强了叶顶泄露涡作用下的葫芦状气膜分布,而转速的增加减弱了叶顶泄露涡对冷气的压迫作用。

关键词：涡轮外环非定常气膜冷却效率叶顶泄露涡吹风比