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透平叶片顶部泄漏流和气膜冷却混合特性研究

作　者: 刘亚林
导　师: 王建华
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 工程热物理
关键词: PIV CFX 泄漏流间隙涡气膜冷却
分类号: TK471
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 34次
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内容摘要

通过激光粒子图像速度测量实验,本文给出一个典型的带凹槽透平叶片顶部气膜冷却流与主流混合后的流场特性分析。实验件是将基于GE-E3型透平动叶片放大三倍后做得的模型。叶片顶部等间距安排了两排直径均为1.5mm的气膜孔,叶片压力面侧靠近顶部有5个,叶片顶部中轴线上安排有11个。叶栅进口尺寸和叶片轴向弦长的雷诺数为104。利用粒子图像测速系统(PIV)得到了顶部泄漏流和叶栅通道二次流的二维矢量速度场。以二维速度场为依据,分析了间隙流、间隙涡与动叶顶部通道涡掺混的方式以及叶片顶部不同的气膜孔分布对泄漏流的影响。用ANSYS CFX11.0商业软件对实验条件下的模型做了数值计算并与实验结果进行验证,比较发现标准k-ε湍流模型模拟顶部流动与实验结果基本吻合。采用适合的湍流模型我们定量分析了不同位置气膜孔出流对泄漏流的阻塞程度。结果表明:间隙涡在向下游发展的过程中强度减弱,但范围有所增大;压力侧气膜冷却能有效减小高温主流气体对叶片顶部的冲击;压力面侧气膜孔对上游来流的(堵漏)阻塞作用较明显,阻塞效果与孔的数目和位置密切相关。双排气膜孔的作用范围比单排的大,阻塞效果也最好;更高的吹风比对冷却叶片顶部和阻塞泄漏流都有更好的效果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 引言  8-11
  1.2 过去相关的研究  11-13
  1.3 本文的主要工作  13-14
第二章 PIV 简介  14-21
  2.1 PIV 基本原理  14-15
  2.2 互相关理论  15-18
  2.3 PIV 系统组成  18-20
  2.4 PIV 分类  20-21
第三章实验装置和实验设计  21-26
  3.1 试验件设计  21-23
  3.2 叶片通道设计  23-24
  3.3 实验仪器  24-25
    3.3.1 主流水泵  24
    3.3.2 冷却流所用水泵  24
    3.3.3 激光器  24-25
    3.3.4 CCD 相机  25
    3.3.5 示踪粒子  25
  3.4 测量的不确定性分析  25-26
第四章实验结果分析讨论  26-32
  4.1 泄漏流和冷却流的混合效果  26-30
  4.2 泄漏涡分析  30-32
第五章数值模拟和讨论  32-45
  5.1 计算方法  32-34
  5.2 数值计算模型的确认  34-36
  5.3 泄漏涡的数值模拟  36-38
  5.4 泄漏流和冷却流的混合特性  38
  5.5 吹风比变化对阻塞泄漏流的影响  38-41
  5.6 顶部传热特性分析  41-45
第六章总结和展望  45-47
参考文献  47-50
致谢  50-51
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  51

透平叶片顶部泄漏流和气膜冷却混合特性研究

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