旋转状态下气膜冷却效率试验研究

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》篇一一、引言随着航空工业的飞速发展，气膜冷却技术已成为提高涡轮发动机叶片热防护能力的关键技术之一。

非定常气膜冷却作为一种先进的冷却方式，在面对高强度热流时表现出了卓越的冷却效果。

本文旨在通过实验与数值模拟的方法，深入研究非定常气膜冷却的机理，并探讨其在实际应用中的效果。

二、实验方法与装置本实验采用先进的涡轮叶片模型，通过改变冷却气流的供应方式和速度，模拟非定常气膜冷却的过程。

实验装置包括高压气源、流量计、涡轮叶片模型、温度传感器和高速摄像系统等。

实验过程中，我们详细记录了不同工况下冷却气流的流动情况以及叶片表面的温度变化。

三、数值模拟方法在数值模拟方面，我们采用了计算流体动力学（CFD）方法，通过建立三维非定常流动模型，对非定常气膜冷却过程进行仿真。

我们采用了湍流模型、多相流模型以及壁面传热模型等，确保模拟结果的准确性和可靠性。

四、实验与数值研究结果1. 流动特性分析通过实验和数值模拟，我们发现非定常气膜冷却的流动特性受到多种因素的影响，包括冷却气流的速度、方向以及主流的湍流强度等。

在一定的工况下，冷却气流会在叶片表面形成一层稳定的气膜，有效隔离了高温主流与叶片表面的直接接触。

同时，非定常效应使得气膜的形态和分布不断发生变化，增强了冷却效果。

2. 传热特性分析在传热特性方面，我们发现非定常气膜冷却能够有效降低叶片表面的温度。

特别是在高温区域，非定常气膜冷却表现出了显著的优势。

通过实验和数值模拟，我们详细分析了叶片表面温度的分布情况以及温度随时间的变化规律。

3. 实验与数值对比分析我们将实验结果与数值模拟结果进行了对比分析。

总体来说，两者在流动特性和传热特性方面表现出了一致的趋势。

然而，在细节上，由于实验中存在的各种不确定性因素，如测量误差、边界层效应等，实验结果与数值结果存在一定的差异。

但总体上，数值模拟结果为实验提供了有力的支持，为进一步研究提供了重要的参考。

旋转对气膜冷却的影响在气膜冷却被应用到发动机转子叶片后,旋转也成为了影响气膜冷却效果的重要因素,由于旋转的出现,流体微团在受到惯性系下常规力项的作用外,还有受到非惯性系附加力项的作用,离心力、哥氏力和离心衍生浮升力等都将严重影响气膜与主流的掺混过程。

下面是在旋转气膜外换热实验台上进行的平板气膜冷却实验中得出的结果及其分析。

动量流量比为0.285。

（空气与二氧化碳）当转速发生变化,从0 r/min 上升到1000 r/min 。

空气冷却压力面气膜出流轨迹 空气冷却吸力面气膜出流轨迹 与静止叶片相比,气膜出流在旋转叶片表面会发生展向偏离.在压力面,转速增加,气膜出流先向低旋转半径方向偏转,后向高旋转半径方向偏转;在吸力面,气膜出流向高旋转半径方向偏转。

动量流量比固定,当密度比增加时,压力面气膜出流轨迹向低旋转半径方向偏转加剧;吸力面气膜出流轨迹向高旋转半径方向的偏转也增大。

气膜出流轨迹出现偏转是与旋转诱发的各种非惯性力的作用是相关的,对于压力面的气膜出流,在气膜孔附近区域受到明显的哥氏力作用,使得气膜出流受到指向低旋转半径方向的力作用,因此气膜出流向低旋转半径方向偏转;随着转速的提升,离心力作用加强,使得气膜出流向高旋转半径方向偏转.对于吸力面的气膜出流,离心力与哥氏力的作用方向一致,因此随着转速的上升,气膜出流轨迹不断向高旋转半径方向偏转。

密度比也是影响气膜覆盖区域的重要因素。

当工质为二氧化碳时,旋转对气膜出流轨迹的作用规律是同空气冷却时一致的。

二氧化碳冷却压力面气膜出流轨迹二氧化碳冷却吸力面气膜出流轨迹与空气冷却相比，在压力面上,二氧化碳冷却时气膜出流轨迹向低旋转半径方向偏转程度加大;而在吸力面上向高旋转半径方向偏转加剧,即改变工质增大密度比R,气膜偏转加剧.这是与浮升力的作用相同的.在压力面上,哥氏力作用明显,密度比增大,哥氏浮升力升高,驱使气膜向低旋转半径方向偏转加剧;吸力面上,由于哥氏力和离心力作用方向一致。

叶片前缘表面气膜冷却的实验研究卫国华;赵志军;吴艳芳【摘要】燃气轮机叶片前缘处有很多高换热区,其中叶片前缘表面处是最先与高温燃气接触的位置,存在承受较高的热负荷的问题,目前较为常见的解决办法是气膜加冲击冷却.通过实验对比不同吹风比、不同曲率位置气膜冷却排孔的温度分布,得出以下结论:冷却效果以出气孔为起点向下游不断减弱,并且在不同的排孔处,下游减弱的趋势不同;当吹风比M<1时,吸力面气膜冷却有效度随吹风比的增加而逐渐增加;当吹风比M>1时,气膜冷却有效度随吹风比的增加而减小;下游曲率的增加可以有效地增加气膜冷却效果.【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P28-31)【关键词】燃气轮机;前缘表面;气膜冷却;吹风比【作者】卫国华;赵志军;吴艳芳【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TK47近50年来重型燃气轮机技术有了革命性的进步，其中燃气轮机燃气初温和整机功率可以视为具有表征意义的指标。

燃气轮机燃气初温平均每年提高约12 ℃，然而金属耐温则以每年约8 ℃的速度增加[1]。

随着涡轮燃气温度的不断提高，涡轮叶片表面的冷却问题日益受到重视[2]。

燃气轮机高温部件冷却技术可分为内部冷却和外部冷却。

冷却空气在叶片内部强化传热的通道内流动，同时在叶片外侧吸收热量，达到降低叶片表面温度的目的，这种方式是内部冷却，主要有射流冲击冷却和柱肋冷却等。

外部冷却是指在高温部件直接开设槽或孔使内部的冷却空气流出表面并在主流的作用下对高温部件形成一层薄膜防止高温气体损坏热端部件。

在诸多的冷却技术中，气膜冷却具有较为明显的优势和较好的应用前景。

根据气体动力学原理和试验要求，本研究设计了直流式、开路、吹气式低速高温风洞，包括扩散段、稳定段、收缩段及试验段等，由空气压缩机供气，气-气换热器预热空气，电加热器加热主流。

平板气膜冷却换热效果的研究平板气膜冷却换热技术是一种广泛应用于航空航天、工业制造、能源开发等领域的高效换热技术，其主要作用是通过在热源表面产生气膜，将热量顺利地转移至冷却介质中，从而实现对高温设备的快速冷却和有效的热管理。

随着高温设备的应用范围不断扩大和性能需求不断提高，平板气膜冷却换热技术也得到了越来越广泛的应用和研究。

本文旨在探讨平板气膜冷却换热效果研究的相关内容，从热传导模型、气膜流动特性和换热实验等方面进行分析和总结。

热传导模型在探讨平板气膜冷却换热效果之前，我们先需要了解热传导模型。

传统的实际工程问题并不是理想化的。

由于热量传递的机理，即传导、对流和辐射，都有其特定的物理特性，因此需要通过式子对热传导模型进行定量描述，这样才能获取更精准的热学数据。

传导是一种将热量从高温端传向低温端的过程，热量只是通过固体、液体或气体等物质内部的分子热运动而传递，不涉及物质本身的运动。

对于平板气膜冷却换热的模型问题，第一步就是建立完整的能够描述热传导的方程式。

平板气膜冷却换热的传导模型的一般形式如下：$$q'' = -K\frac{\partial T}{\partial x}$$其中，$q''$是单位面积时间内通过热传导转移的热量，$K$是热导率，$\frac{\partial T}{\partial x}$是温度梯度，表示单位长度内温度的变化量。

在研究平板气膜冷却换热的过程中，需要根据实际情况考虑热源、气膜和冷却介质三者之间的热量传递。

气膜流动特性了解了平板气膜冷却换热的传导模型后，就需要进一步了解气膜的流动特性。

气膜的产生和流动是平板气膜冷却换热的关键因素之一，决定了热量传递的速率和效率。

气膜流动的特性包括气膜厚度、气膜速度和气膜温度等方面的因素。

气膜厚度是平板气膜冷却换热的重要参数之一，决定了气膜的排热能力和流动特性。

对于平板表面来说，不同位置的气膜厚度存在差异，主要是由于气体的物理特性、流动状态和热量传递等因素的影响。

收稿日期:1999-1Z -1Z ;修订日期:Z 000-06-08作者简介:吴宏(1971-) 男 清华大学工程力学系博士后第15卷第4期Z 000年10月航空动力学报JOurnal Of aerOspace POWerVOl.15NO.4t.Z 000文章编号:1000-8055(Z 000)04-0385-06带气膜出流的旋转叶片冲击冷却的实验研究吴宏1 陶智Z 徐国强Z 丁水汀Z1.清华大学工程力学系 北京100084;Z.北京航空航天大学40Z 教研室 北京D100083摘要:用实验方法研究了放大4倍的涡轮叶片前缘模型在旋转状态下 带气膜出流时叶片内冲击面的换热特性G 实验结果表明:雷诺数的增加显著地增强了换热 但叶片前缘和尾缘的增加是不同的 而浮升力对换热的影响是复杂的;在低雷诺数的情况下 旋转对换热影响不明显 而在高雷诺数时 会使换热降低G 对换热的影响是几个因素相互共同作用的结果 并且叶片研究面上的换热特性规律是很复杂的G 关键词:叶片;冷却;换热中图分类号:V Z 31.1文献标识码:A1前言在航空发动机涡轮叶片冷却研究中 从流体的流动和换热特性上看 叶片前缘腔的冷却形式是小空间内对大曲率凹面的冲击加上冷却气体在前缘和鳃区气膜孔的出流G 同时流动与换热受到旋转离心力场中哥氏力和浮升力的影响 因而叶片前缘腔内的流动和换热是很复杂的 也使得模型实验有相当大的困难G 目前国内外对叶片前缘腔的研究有一定的局限性 要么仅为单一旋转状况下的冲击冷却或径向出流 要么是在静止的情况下研究冲击换热 这些都是对实际工作叶片某一部分特性进行的研究 与实际工作叶片的流动和换热状况有较大的出入G 例如对于在叶片前缘的冲击气膜复合冷却的情况 冷却气体是由前缘和两侧的气膜孔排出的 而他们的研究只进行单纯的冲击冷却 而不带气膜出流的实验模型流场(从而其温度场)将与其原型有很大的差别 这样研究的结论和实际情况就会有较大的出入G KreatsOulas [1]用实验研究了旋转状态下单纯前缘通道的冲击冷却特性 得出的结论是旋转在一定的条件下会导致换热下降30%G 邱绪光等对静止状态下叶片的纯靶面冲击流动和换热进行了深入的实验和理论研究G 在有气膜出流通道的流动上Walters 和Leylek [Z ] Martin 和ThOle [3]等进行了有益的数值计算研究G 陶智[6]等用数值计算也对该情况进行了初步的探索G 本实验的研究对象是高压涡轮叶片的前缘冲击冷却腔的换热问题 实验采用的模型与原型尽量保持一致 前缘腔内的冲击气体从前驻点和旁侧鳃区的出流孔流出 并在旋转条件下进行实验G实验对旋转状态下的带气膜出流的叶片前缘通道冲击换热进行了研究G 通过对控制方程的无因次分析 在几何相似的基础上 控制旋转系中对流换热过程的无因次准则数为雷诺数Re 旋转数RO 浮力数BO 普朗特数PT G 限于篇幅关系 推导细节不在此累述G 实验中 表示物性的无量纲数PT 基本上为常数 所以 局部努塞尔特数可表示为:N/=f (Re RO BO )G以上各无因次准则数的定义为:换热面的局部努塞尔特数N/=UD //0;雷诺数Re =00U 0D /u 0;旋转数RO =OD /U 0;浮力数BO =( 0/0) RO ZR /D ;密度比数 0/0=(00-0z )/00=(T z -T 0)/T z G 其中 U =g /(T z -T 0)为通道内壁面的局部换热系数 g 为通道内壁面的热流密度;特征尺度D 为入口通道的当量直径;进口温度T 0为定性温度;进口平均速度U 0为定性速度;0z T z 为换热面气流密度和壁面温度GZ实验模型和实验台实验模型的示意图如图1所示G 从实验件的加工9以及测量时热电偶布置方面的考虑9将实际叶片孔出流的结构改成缝出流的结构9缝的宽度是根据出流面积来折算的O 根据实际加工和测点布置的需要9以及现有的实验条件9实验模型比实际的放大了4倍O 试件模型设计成由三部分构成:加热段冲击测试段和进气段9三部分由上部和下部的耳朵用螺栓紧固为一体(如图1所示)O加图1叶片试件模型的构成热段是个加热罩9由绝热岩棉构成的绝热层和镍铬丝构成的加热层组成9使加热段形成一个热流流向测试段的单向热流边界条件9叶片模型的顶部和底部也加上绝热岩棉9形成绝热边界条件;冲击段为实验的主要测试段9由两块不锈钢叶片拼接而成9前面有前出流缝9并在两侧和进气段合成侧出流缝(如图 )所示O两块测试块正反两面都图 叶片结构剖面示意图焊上热电偶9每个测试块 4对(如图3)所示9可测出叶片正反两面的离散温度分布;进气段为进气和稳压段O 本实验在北航40 教研室的高速综合旋转换热实验台(见图4)上进行的O 实验冷却气由外部气源提供9实验气流流量由流量阀控制9用皮托管测量流量O 气流经管道流进旋转台架后9经过旋转轴进入实验件O 由热电偶测得的实验数据信号由两个温度采集板(每个测试块一个)进行采集和放大9再由两个4 通道的滑环引电器从转动部分引出9传入数据采集板9通过计算机实现对数据的采集 控制和存储O 实验台的动力部分为一台18.5kW 的电机9由变频器通过变频来无级调速O3实验结果及分析在旋转叶片通道内冷却气流会受到离心力哥氏力和浮升力的影响O 因此9通道内冷却气流流动和换热特性非常复杂9通道内各个换热面的换热规律是各不相同的O 图5是根据位置关系来定义的叶片各个面的示意图O 在此文中9根据旋转方向9将叶片的两块测试块(如图 所示)定义为前缘块和尾缘块O图3热电偶的布置示意图图4实验系统示意图(1.压气机 .储气罐3.变频调节电机4.输气管5.旋转台架6.实验件7.配重8.调节阀门9.放大多路选通器10.滑环引电器11.试验平台1 .数采计算机)实验研究的是在旋转情况下产生的哥氏力以及在保守力场中有温差时的浮升力对换热的影673航空动力学报第15卷图5每个测试块各个面的定义响O (由于离心力已并入-V P 项 它的作用已不特殊 只考虑哥氏力和浮力D O 考虑到实际的实验条件 实验的工况设计为:转速为0 500 900 1200 1500r /min 流量分别为30kg /S 75kg /S 150kg /S 200kg /S 由于无法在试验前得到浮力数Bo 因此实验中是通过监视通道最高点的温度与进口冷气的温度差(即最大温差D 进行研究的O 为确保浮升力的作用 加热的功率使在每种流量下最大温差分别达到30K 50K 70K 90K O 实验测量的是模型叶片前缘块和后缘块的离散温度场 经过插值计算得到全场的边界温度分布 通过解BFC (贴体坐标系D 下的导热方程得到全场的温度分布 再算出前后缘冲击面的换热系数O 计算雷诺数时取入口的水力直径D h 为特征尺度 进口气流温度T 0为定性温度 进口速度U 0为定性速度O 则有通道内壁面的局部换热系数D =G /(T z -T 0D 其中热流由G =-/V T 算出O 影响旋转状态下的对流换热过程的无因次准则数有以下几个:雷诺数Re =00U 0D h /u 0 旋转数Ro =DD h /U 0 浮力因子Bo =(A 0/0D Ro 2 R /D h 其中U 0为进口速度 0z T z 为换热面密度和温度 以及反映浮力大小的密度比率A 0/0=(00-0z D /00=(T z -T 0D /T z O 以下根据主要研究的内容 就雷诺数 浮力数 旋转数的变化对各个研究表面换热带来的变化进行分析O 3.1雷诺数变化对各表面换热带来的影响在图6中(由于篇幅所限各转速只列出一张图D 可以看出在各种转速(0r /min 500r /min 900r /min 1200r /min 1500r /min D 和各最大温差(A T max =30K 50K 70K 90K D 的工况下 总的换热变化趋势是前缘和尾缘的各个换热面的平均图6雷诺数变化对换热影响实验曲线图773第4期吴宏等:带气膜出流的旋转叶片冲击冷却的实验研究努谢尔特数都随雷诺数增大而增强9但对叶片前后缘各面的影响不同:随雷诺数的增加9在热面比尾缘各个换前缘各个换热面的平均努谢尔特数增加要大些G 这可能是由于旋转产生的效应9造成叶片前缘与尾缘出口处的背压不同9使得前缘和尾缘侧面出流的流量分配也不相同9尾缘的侧面出流质量流量要大于前缘侧面出流的质量流量9因此雷诺数的变化对尾缘换热面的影响要大于对前缘换热面的影响G 当其它因素变化时9这种流量分配上不同对换热带来的影响也会有所变化G 从图中可以看出9这种前后缘差别随着转速的增大越来越不明显G 可能是随着转速的增加9转速对换热的影响增强后9这种流量分配带来的影响被削弱G 因此可见9在本研究的范围内9转速的增大可使前缘和尾缘因流量分配带来的换热差异减小G 总之增加流量可以提高前缘和尾缘面的换热9特别是显著地增强尾缘各个面的换热G 3o 2最大温差对换热的影响由于试验前无法知道浮力数9故研究时以最大温差来进行G 由图7可知9雷诺数为110009转速为500r /min 时9在这种低雷诺数和低转数下9最大温差对换热的影响并不显著9变化的波动在10%以内9但在高雷诺数69000时9尾缘各面的平均Nu 明显随着最大温差的增加而降低G 这可能是由于在大雷诺数时9流体的惯性力增加9旋转径向的分速度更加明显9使其和浮升力抵触作用更加强烈的结果G 在转速为900r /min 91200r /min 91500r /min 时9各个工况下的换热状况随最大温差的变化都只有很小的变化G 但由于实验研究时难于做到在保证相同的旋转数或相同的浮力数下的实验工况9所以无法进行在这两个因素分别保持不变时9分析其它因素变化对换热的影响G 3o 3旋转对换热的影响图8中显示出在不同雷诺数下9最大温差分别为30K 950K 970K 990K 时9转速变化对平均努谢尔特数的影响G 在低雷诺数(11000)和较小最大温差时9换热随转速的变化是呈波动变化9前缘各面的变化比尾缘各面的变化要稍大一些9随着最大温差的增加9转速变化对换热带来的波动变小G 在雷诺数为25000时9低转速时9前缘和尾缘的换热基本不变9在到了较高的转速时9尾缘的侧出流面的换热有较大的变化9但其余各面都显示有稍稍降低换热的趋势G 随着最大温差的增加9前后缘各面的努谢尔特数曲线都变成随着转速的增加而慢慢降低的趋势G 这个趋势表明此时浮升力起降低换热的作用G图7最大温差对换热影响实验曲线图873航空动力学报第15卷图8旋转对换热影响实验曲线图雷诺数为47000时各个换热面的换热变化先随转速的增加而增大然后又降低但这种增加的趋势又随着最大温差的增加而渐渐减少到最后为不变;这可能是浮升力起着阻碍各个面换热的结果O雷诺数为67000时尾缘面的换热先有显著的增加(在转速为500r/min时)后又降低趋平随着最大温差的增大而渐渐的变小而前缘面几乎没发生变化O在所有工况中转数带来换热最大的相对变化为20%(在雷诺数为47000 最大温差为30K时)O总之转数的变化对换热的影响在小雷诺数时影响不大在大雷诺数下会使换热出现波动换热先是随着转数的增加而增加后又随着转速的加大而降低O4对结果的一些讨论从上面对试验结果的分析可知由于本实验模型结构的复杂性(在旋转状态下既带有冲击流动又有气膜出流的流动)决定了叶片内部的流场是极其复杂的影响流动与换热的各个力是相互作用的并相互影响的使得叶片研究面上的换热特性呈现很复杂的规律O此文研究的是叶片整体的平均换热但由于以下的因素使得叶片表面有复杂的换热分布:(1)由于旋转效应造成了前缘和尾缘侧部出流流量的不均匀的现象前缘的出流量要小于尾缘的出流量并在叶片高度方向也不是均匀的;(2)冲击腔中可能存在径向分速度并且雷诺数加大时由于流体惯性力增加将使得径向分速度更为显著O由于径向分速度的存在和雷诺数增大这两个因素在转速加大离心力场增强时叶片顶部的流量和底部的流量可能相差更大前缘和尾缘的出流量更不均匀O这时可能在叶片的前出流口底部和在叶片前缘侧出流口的底部出现流体倒流(流体从叶片外流入叶片腔内)O由于篇幅所限对叶片局部换热规律的研究将在后续的文章中阐述O参考文献:[1]Kreatsoulas J C.Experimental Study of impingementCooling in Rotating Turbine Blades[R].GTL Report i178 Sept.1983[2]邱绪光康滢胡志清.封闭空间冲击流动和换热的实验研究[R].中国航空科学技术文献[3]Walters D K Leylek J~.A Systematic ComputationalMethodology Applied to a Three-Dimensional Film-Cooling Flowfield[R].ASME96-GT-351973第4期吴宏等:带气膜出流的旋转叶片冲击冷却的实验研究[4]Martin C A ,ThOle K A .Leading Edge Film -COOling With COmpOund Angle InjectiOn [R ].ASME ,97-GT -297[5]陶智,吴宏,蔡毅.气膜出流对叶片各内表面换热系数的影响[J ].航空动力学报,1997,12(4):413-415[6]吴宏等.气膜出流对叶片内表面换热系数影响的实验研究和计算[J ].航空动力学报,1999,14(3):247-250(责任编辑杨再荣)Experiments of Impinging Coolingin Leading Edge of Rotating Blades with outf low f ilmWU ~Ong 1,TAO Zhi 2,XU GuO -giang 2DING Shui -ting21.Department Of Engineering Mechanics,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.4th Dept.,Beijing University Of AerOnauti ()cs and AstrOnautics,Beijing 100083,ChinaAbstra c t :The heat transfer characteristics Of tur b ine b lade mOdel With OutflOW film under rOtating state Were researched e x perimentally .The e x perimental results indicated that the heat transfer Was enhanced With increasing Of ReynOlds num b er O b viOusly ,b ut the increases in the b lade leading and trailing edges Were different .The effect Of b uOyancy fOrce Was cOmplicated in the prOcess Of heat transfer .The effect Of rOtatiOn is incOnspicuOus at small ReynOlds num b er ,b ut at high ReynOlds num b er ,the effect Of rOtatiOn Wea k ened the heat transfer .The interactiOn Of the factOrs in the flOW field affected the heat transfer ,sO the rule Of the heat transfer Was cOmplicated .K e y words :b lades ;cOOling ;heat transfer83航空动力学报第15卷带气膜出流的旋转叶片冲击冷却的实验研究作者：吴宏， 陶智， 徐国强， 丁水汀， WU Hong， TAO Zhi， XU Guo-qiang， DING Shui-ting作者单位：吴宏,WU Hong(清华大学,工程力学系,北京,100084)， 陶智,徐国强,丁水汀,TAOZhi,XU Guo-qiang,DING Shui-ting(北京航空航天大学,402教研室,北京,100083)刊名：航空动力学报英文刊名：JOURNAL OF AEROSPACE POWER年，卷(期)：2000,15(4)被引用次数：15次1.Kreatsoulas J C Experimental Study of Impingement Cooling in Rotating Turbine Blades 19832.邱绪光;康滢;胡志清封闭空间冲击流动和换热的实验研究3.Walters D K;Leylek J H A Systematic Computational Methodology Applied to a Three-Dimensional Film-Cooling Flowfield4.Martin C A;Thole K A Leading Edge Film-Cooling with Compound Angle Injection5.陶智;吴宏;蔡毅气膜出流对叶片各内表面换热系数的影响[期刊论文]-航空动力学报 1997(04)6.吴宏气膜出流对叶片内表面换热系数影响的实验研究和计算[期刊论文]-航空动力学报 1999(03)1.杨晓军.陶智.丁水汀.徐国强.Yang Xiaojun.Tao Zhi.Ding Shuiting.Xu Guoqiang旋转对气膜冷却覆盖区域的影响[期刊论文]-北京航空航天大学学报2007,33(12)2.杨彬.徐国强.丁水汀.徐罗翔.Yang Bin.Xu Guoqiang.Ding Shuiting.Luo Xiang旋转状态下气膜冷却特性的数值研究[期刊论文]-航空学报2008,29(2)3.赵振明.吴宏伟.丁水汀.徐国强.ZHAO Zhen-ming.WU Hong-wei.DING Shui-ting.XU Guo-qiang旋转状态下气膜冷却换热系数的实验[期刊论文]-推进技术2008,29(6)4.徐国强.杨博.陶智.刘传凯.丁水汀.邓宏武.XU Guo-qiang.YANG Bo.TAO Zhi.LIU Chuan-kai.DING Shui-ting.DENG Hong-wu哥氏力对旋转方通道内流动与换热的影响[期刊论文]-热科学与技术2008,7(4)5.杨彬.徐国强.丁水汀.陶智.Yang Bin.Xu Guoqiang.Ding Shuiting.Tao Zhi旋转状态下气膜冷却模型的数值模拟[期刊论文]-北京航空航天大学学报2008,34(1)6.袁丽基于并行计算的涡轮叶片复合冷却数值模拟[学位论文]20077.朱进容.吴宏.陶智.丁水汀.徐国强.Zhu Jinrong.Wu Hong.Tao Zhi.Ding Shuiting.Xu Guoqiang旋转状态下涡轮叶片前缘的流动与换热[期刊论文]-北京航空航天大学学报2005,31(2)8.毛军逵.白云峰.常海萍旋转条件下半受限单孔冲击射流局部换热特性的试验研究[会议论文]-9.毛军逵.白云峰.常海萍旋转条件下半受限冲击射流流动和换热特性的数值研究[会议论文]-10.徐磊.常海萍.潘金栋旋转条件下带气膜出流的受限空间内冲击换热研究[会议论文]-20061.谭屏.孙纪宁.王智勇瞬态热容法在平板冲击换热特性研究中的适用性[期刊论文]-航空发动机 2010(5)2.徐磊.常海萍.潘金栋旋转条件下"冲击/出流"双层壁内部换热实验[期刊论文]-航空动力学报 2007(10)3.朱进容.吴宏涡轮叶片前缘冲击气膜复合冷却的数值研究[期刊论文]-湖北工业大学学报 2006(1)4.谢浩阵列射流冲击冷却流场与温度场的数值模拟[期刊论文]-节能技术 2005(6)5.谢浩.张靖周阵列射流冲击冷却换热系数的数值研究[期刊论文]-能源研究与利用 2005(5)6.朱进容.吴宏.陶智.丁水汀.徐国强旋转状态下涡轮叶片前缘的流动与换热[期刊论文]-北京航空航天大学学报 2005(2)7.张镜洋.常海萍.徐磊转子叶片径向受限的"冲击-气膜出流"冷却结构流动与换热[期刊论文]-推进技术2011(1)8.徐磊.常海萍.常国强.张镜洋叶片弦中区内部气膜孔局部换热特性实验[期刊论文]-航空动力学报2006(2)9.张镜洋.常海萍.徐磊.高候峰稀疏气膜冷气侧局部换热特性实验[期刊论文]-航空动力学报 2006(5)10.徐磊.常海萍.毛军逵.张镜洋气膜出流冷气侧气膜孔附近壁面换热特性[期刊论文]-推进技术 2007(2)11.徐磊.常海萍.潘金栋旋转条件下带出流孔的受限空间内冲击换热[期刊论文]-推进技术 2008(2)12.杨敏.常海萍.吴培光旋转条件下半封闭空间内多孔冲击平均换热特性实验[期刊论文]-航空动力学报2006(6)13.谷振鹏.邓宏武.陶智.朱剑琴旋转状态下叶片前缘复合换热实验[期刊论文]-北京航空航天大学学报2011(11)14.张庆.孟光涡轮叶片冷却数值模拟进展[期刊论文]-燃气轮机技术 2004(4)15.白云峰旋转条件下冲击冷却数值模拟及实验研究[学位论文]硕士 2004引用本文格式：吴宏.陶智.徐国强.丁水汀.WU Hong.TAO Zhi.XU Guo-qiang.DING Shui-ting带气膜出流的旋转叶片冲击冷却的实验研究[期刊论文]-航空动力学报 2000(4)。

《非定常气膜冷却的实验与数值研究》篇一一、引言随着航空工业的飞速发展，气膜冷却技术因其出色的热防护效果在航空发动机中得到了广泛应用。

非定常气膜冷却作为一种新型的冷却技术，其通过非定常的流动特性来增强冷却效果，具有很高的研究价值。

本文将通过实验与数值研究相结合的方式，对非定常气膜冷却的特性和规律进行深入研究。

二、文献综述气膜冷却技术是近几十年来航空领域研究的热点。

在以往的研究中，学者们主要关注了定常气膜冷却的流动和传热特性，而关于非定常气膜冷却的研究相对较少。

然而，非定常气膜冷却因其独特的流动特性和良好的冷却效果，在航空发动机中具有广阔的应用前景。

本文将对近年来非定常气膜冷却的研究成果进行综述，以期为本文的实验和数值研究提供理论基础。

三、实验研究3.1 实验装置与方法为了对非定常气膜冷却进行实验研究，本文搭建了一套高精度的实验装置。

该装置主要包括气源系统、供气系统、实验段和测量系统等部分。

实验中，我们采用了高速摄像机、压力传感器和热电偶等设备对非定常气膜冷却的流动特性和传热特性进行测量和分析。

3.2 实验结果与分析通过实验，我们得到了非定常气膜冷却在不同条件下的流动特性和传热特性。

实验结果表明，非定常气膜冷却在一定的条件下可以显著提高冷却效果。

同时，我们还发现非定常气膜冷却的流动特性与定常气膜冷却存在明显的差异，这主要是由于非定常气膜冷却中的涡旋结构和流线分布不同所导致的。

四、数值研究为了进一步探究非定常气膜冷却的流动特性和传热特性，本文还进行了数值研究。

我们采用了计算流体动力学（CFD）软件对非定常气膜冷却进行了数值模拟。

通过对比实验结果和数值结果，我们发现数值模拟可以较好地反映非定常气膜冷却的流动特性和传热特性。

五、结论与展望本文通过实验与数值研究相结合的方式，对非定常气膜冷却的特性和规律进行了深入研究。

实验结果表明，非定常气膜冷却在一定的条件下可以显著提高冷却效果。

同时，我们还发现非定常气膜冷却的流动特性与定常气膜冷却存在明显的差异。

旋转对复合角度气膜冷却叶片的数值模拟
李少华;李知骏;王梅丽;郭婷婷
【期刊名称】《汽轮机技术》
【年(卷),期】2011(053)003
【摘要】采用Realizable k-ε紊流模型并结合SIMPLEC算法,对前缘复合角度α=30°、β=45°,α=90°、β=45°的动叶栅在不同旋转状速度下的气膜冷却效率进行计算.分析了不同转速、吹风比、叶片前缘射流角度对气膜冷却效率的影响.计算结果表明:旋转导致冷却射流向叶顶偏移,转速越高气膜冷却效率越低;高转速时叶盆区域有回流涡旋形成;高吹风比使得冷却射流在吸力面的贴壁性变差;比较两种前缘冷气喷射角度的计算结果可以看出,前缘冷却气流喷射角度较小时的气膜冷却效果较好.
【总页数】3页(P164-166)
【作者】李少华;李知骏;王梅丽;郭婷婷
【作者单位】东北电力大学,吉林132012;东北电力大学,吉林132012;东北电力大学,吉林132012;北京国电龙源环保工程有限公司,北京102206
【正文语种】中文
【中图分类】TK262
【相关文献】
1.旋转对涡轮叶片气膜冷却影响的数值模拟 [J], 袁锋;吴亚东;竺晓程;杜朝辉
2.旋流燃烧器内二次风叶片旋转角度对流场影响的数值模拟 [J], 车娟
3.旋转状态下曲率对叶片气膜冷却特性的影响 [J], 张玲;张璐琦;白博升
4.燃气轮机旋转状态下的动叶气膜冷却效果数值模拟研究 [J], 李录平;唐学智;张浩;黄章俊
5.旋转涡轮叶片端部气膜冷却的数值计算 [J], 杨汇涛;曹玉璋
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平板气膜冷却换热效果的研究xx年xx月xx日contents •引言•平板气膜冷却换热原理•实验设计与方法•实验结果与讨论•结论与展望•参考文献目录01引言随着能源需求的增加和能源结构的调整，高效、环保的冷却技术成为研究的热点。

平板气膜冷却作为一种新型的冷却技术，具有高效、低成本、环保等优点，在工业和日常生活中有广泛的应用前景。

背景通过对平板气膜冷却换热效果的研究，有助于提高冷却设备的能效比，降低能源消耗，对实现能源的可持续利用和环境保护具有重要意义。

意义研究背景与意义研究目的和方法目的本研究旨在探究平板气膜冷却换热效果的影响因素，包括气膜流量、平板结构参数、操作条件等，并分析各因素对换热效果的作用机制。

同时，通过实验验证理论分析的正确性，为优化平板气膜冷却器的设计提供指导。

方法本研究采用实验研究和理论分析相结合的方法。

首先，通过实验测试不同工况下的平板气膜冷却换热效果，收集数据。

然后，利用数值模拟方法对平板气膜冷却过程进行建模，并分析各因素对换热效果的影响。

最后，通过实验验证数值模拟结果的准确性，为优化平板气膜冷却器的设计提供依据。

02平板气膜冷却换热原理平板气膜冷却换热模型是用来描述气体与固体表面之间的热交换过程。

该模型基于传热传质理论，通过数值模拟方法来预测平板气膜冷却换热效果。

在平板气膜冷却换热模型中，假设气体流过一个平直的冷表面，并忽略表面曲率和边界层的影响。

通过定义模型中的物理参数，如气体流速、温度、换热系数等，可以模拟计算出平板表面的换热效果。

平板气膜冷却换热模型在平板气膜冷却换热过程中，传热和传质是同时进行的。

传热是指热量从高温区域传递到低温区域的过程，而传质是指物质从高浓度区域传递到低浓度区域的过程。

在平板气膜冷却换热过程中，气体与固体表面之间的传热和传质受到多种因素的影响，如气体流速、温度、压力、换热系数等。

通过对这些因素进行分析，可以进一步了解平板气膜冷却换热的机理和规律。