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某型发动机低压涡轮工作叶片内冷结构的改进设计与研究

作　者: 潘炳华
导　师: 徐尚龙；郭文
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械工程
关键词: 气冷叶片冷却结构多通道肋
分类号: V235
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本课题在对某型发动机低压涡轮工作叶片原型的内部冷却结构和温度分布进行详细分析、验算的基础上,根据原型叶片的冷却设计特点、温度分布和其在发动机上的工作条件,从工程适用的观点出发,着眼于先进发动机气冷叶片采用的冷却技术的现状,采用多通道、直肋和斜肋等先进的冷却结构形式对某型发动机低压涡轮工作叶片的内部冷却进行改进设计,共给出了六种不同冷却形式、不同参数组合的内部冷却结构。并在保证叶片的冷气流量不变的前提下,对这六种改进叶片的冷却流动、换热以及温度分布进行了详细分析和计算。通过比较分析,选取其中一种作为改进叶片的冷却结构。通过与原型叶片比较可以看出:改进叶片通过采用多通道、直肋和斜肋冷却、合理分配各腔的冷气流量,加强了叶片前缘区和尾缘区的冷却。从而使叶片尾缘高温区温度有所降低,中弦区温度有所提高,截面温差变小,使截面温度分布更均匀。同时改进设计时还有针对性地加强了叶片根部和尖部的冷却,使叶片根部和尖部温度降低,减小了叶片径向温差。经过改进设计,减小了整个叶片热应力,提高了其承受高温的能力,使其在保证给定的冷气流量条件下,冷却效果得到了明显改善。叶片表面温度理论计算值与试验值吻合得较好,特别是叶片前缘、尾缘部位吻合很好,表明此计算方法具有较高的计算精度,满足工程设计计算的要求。本研究可以提高气冷叶片设计水平,并且对于加快先进冷却技术在我国实际应用具有重要的现实意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 应用背景  10-12
  1.2 国内外研究状况的简单回顾  12-14
    1.2.1 国外气冷叶片内冷技术的发展状况  12-14
    1.2.2 国内气冷叶片内冷技术的发展状况  14
  1.3 本文主要的研究内容和目标  14-15
  1.4 研究方法  15-17
    1.4.1 内部冷却结构设计  15
    1.4.2 外换热计算  15-16
    1.4.3 内部流动与换热计算  16
    1.4.4 温度场计算  16
    1.4.5 叶片冷效试验  16-17
第二章原型叶片计算分析研究  17-30
  2.1 原型叶片内冷结构  17
  2.2 外换热计算  17-25
    2.2.1 外换热程序数学模型  18-22
    2.2.2 外换热计算结果  22-25
  2.3 内流计算  25-26
    2.3.1 网络法数学模型  25-26
    2.3.2 内流计算结果  26
  2.4 温度场计算结果  26-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章内冷结构改进设计  30-40
  3.1 内冷结构改型方案  30-31
  3.2 外换热  31
  3.3 内边界计算  31-34
  3.4 温度场计算结果  34-38
  3.5 本章小结  38-40
第四章叶片综合冷效试验研究  40-54
  4.1 试验目的  40
  4.2 试验设备  40-41
  4.3 试验设备参数  41
  4.4 试验件  41-43
  4.5 试验内容  43
  4.6 试验测量方法和测量参数  43-46
  4.7 试验数据的处理和模化方法  46-48
    4.7.1 数据处理公式  46
    4.7.2 模化方法  46-48
  4.8 精度要求  48
  4.9 试验结果  48-50
  4.10 试验状态数值计算  50-51
  4.11 试验结果分析  51-54
第五章结论与展望  54-56
  5.1 研究总结  54-55
  5.2 推广应用的价值  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-59
在学期间取得的研究成果  59-60

某型发动机低压涡轮工作叶片内冷结构的改进设计与研究

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