免费论文：旋转状态下沿曲面流出的气膜与主流混合机理研究

薄膜冷却是一种先进的冷却技术，在高负荷燃气轮机和航空发动机中具有重要应用。它是现代涡轮叶片的必要冷却方法之一。对其进行持续深入的研究是提高燃气轮机性能的重要途径。由于旋转状态下的气膜冷却实验研究对实验设备的要求较高且难度较大，因此国内外对气膜的研究基本局限于静止状态。研究很少报道。为深入了解旋转坐标系中离心力、科里奥利力、离心浮力等各种附加旋转力对气膜流出的作用机理，本文将采用理论分析、实验分析三种方法研究和CFD数值模拟对旋转状态下的地表气膜外流进行研究，积累必要的基础研究数据，为改进湍流模型，进而为气膜冷却设计奠定基础。气膜在旋转状态下对弯曲壁面的冷却效果是由气膜的流动决定的。附着在墙壁上的气膜冷却效果好，来自墙壁表面的气膜冷却效果差。学习。在此基础上，通过理论分析推导出了影响旋转状态下表面气膜流出的参数，并分析了其作用机理。分析发现，局部转数、曲率半径和动量流比是三个重要的影响参数，其中局部转数用来衡量旋转对表面膜流出的影响；凸面和凹面的影响规律相反；动量流比是衡量气膜是否脱离壁面的重要参数。这一结论也被数值模拟所证实。基于分析航空发动机涡轮叶片传热流动和传热机理的需要，设计并搭建了涡轮叶片外传热实验台。测试台可以进行先进的光学测量，提供相应的本实验采用液晶获取温度场信息。针对旋转带来的实验困难，采用无线传输方式解决旋转系统与静止系统之间的数据传输问题；采用接触密封和迷宫密封技术，保证旋转设备与固定设备之间的气密性；通过碳刷——铜环引线方式解决了旋转系统的供电问题。该实验台可完成叶片气膜在旋转状态下冷却的实验研究。在旋转外热交换试验台上，系统研究了转速、鼓风比、温度比、主流雷诺数、密度比等参数对气膜混合过程的影响。实验结果表明，旋转会对气膜覆盖的面积产生影响，即在旋转的作用下，气膜流出会沿叶片翼展方向发生偏转：对于压力面，当旋转速度低时，受科里奥利力影响，向低旋转半径方向偏转。随着转速的增加，离心浮力的影响增大，带动气膜向旋转半径大的方向偏转；在吸力面上，离心力和科里奥利力共同驱动气膜外流向高旋转半径方向偏转。在旋转状态下，压力面的冷却效率会随着转速的增加先升高后降低，而吸力面的冷却效果则稳定并有所提高。随着温度比的降低，冷却效率提高。动量流比的变化对吸力面上的气膜流出影响不大。通过对实验条件的数值模拟，比较了不同湍流模型的计算结果。结果表明，没有合适的湍流模型可以与实验结果很好地吻合，需要对湍流模型进行修改以考虑旋转的附加影响。但总的来说，SST模型的计算结果较为理想，为湍流模型的修正奠定了基础，指明了方向，从而为模拟下气膜与主流的混合过程奠定了坚实的基础。通过CFD了解旋转状态，进行实际工程设计。根据。最后，基于气膜覆盖区域的旋转以及冷却效果的影响，提出了一种测量旋转状态下薄膜流出冷却效果的评价体系。

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