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1、碩士學(xué)位論文復(fù)雜渦結(jié)構(gòu)下氣膜冷卻的傳熱和流動(dòng)研究RESEARCHONHEATTRANSFERANDFLOWOFFILMCOOLINGUNDERCOMPLEXVORTEXSTRUCTURE王鑫哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TK471學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：621.438密級(jí)：公開(kāi)工程碩士學(xué)位論文復(fù)雜渦結(jié)構(gòu)下氣膜冷卻的傳熱和流動(dòng)特性研究碩士研究生：王鑫導(dǎo)師：溫風(fēng)波副教授申請(qǐng)學(xué)位：工程碩士學(xué)科：動(dòng)力工程所在單位：能源科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TK471U.D.C:621.438Disserta
2、tionfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONHEATTRANSFERANDFLOWOFFILMCOOLINGUNDERCOMPLEXVORTEXSTRUCTURECandidate：WangXinSupervisor：A-Prof.WenFengboAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree
3、-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文摘要燃?xì)廨啓C(jī)在現(xiàn)代動(dòng)力機(jī)械中發(fā)展最為迅猛且具有明顯優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于航空、船舶、發(fā)電等軍民領(lǐng)域，因此燃機(jī)制造技術(shù)也成為了各國(guó)高投入、嚴(yán)封鎖且爭(zhēng)相發(fā)展的高端技術(shù)。然而隨著燃?xì)廨啓C(jī)功率的不斷提升，導(dǎo)致其燃燒室出口溫度過(guò)高，超出了渦輪葉片金屬材料的耐熱極限，對(duì)其工作運(yùn)行提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，故對(duì)渦輪葉片進(jìn)行有效的冷卻尤為重要。而在眾多的冷卻技術(shù)中，氣膜冷卻獨(dú)具優(yōu)勢(shì)且最常用于燃機(jī)渦輪葉片的冷卻，因此具有很大的研究和開(kāi)發(fā)價(jià)值。在真實(shí)的燃機(jī)渦輪中，葉片通道內(nèi)復(fù)雜的三維流動(dòng)
4、結(jié)構(gòu)使得氣膜冷卻的工作環(huán)境較差，且在很大程度上影響著冷氣的作用效果。本文則針對(duì)某一特定復(fù)雜渦系下的氣膜冷卻情況進(jìn)行研究，分析其傳熱效果和流動(dòng)特性。這里的特定復(fù)雜渦系由冷氣孔前方的圓柱擾流產(chǎn)生，文中就此單獨(dú)計(jì)算并分析了其結(jié)構(gòu)特征，雖然此復(fù)雜渦系和實(shí)際葉片中的渦系結(jié)構(gòu)不完全相同，但仍有共通之處，可類比分析為實(shí)際氣膜冷卻的研究提供一定的參考。首先，采用雷諾平均（RANS）方法對(duì)復(fù)雜渦系下氣膜冷卻的傳熱特性進(jìn)行了研究，直觀的評(píng)估了其冷卻效果。通過(guò)對(duì)比分析三種不同吹風(fēng)比工況時(shí)復(fù)雜渦系下氣膜冷卻的計(jì)算結(jié)果，認(rèn)為低吹風(fēng)比時(shí)，來(lái)流渦系的干擾并不利于氣膜冷卻的工作，而中高吹風(fēng)比條件下，復(fù)雜渦系的干擾起
5、到了在一定程度上改善氣膜冷卻效果的作用，且高吹風(fēng)比下其改善效果更明顯。另外，對(duì)比了旋渦作用距離L為4d，6d，8d，10d四種條件下氣膜冷卻的絕熱冷卻效率云圖和變化趨勢(shì)，結(jié)果顯示當(dāng)作用距離較近時(shí)，冷氣孔前緣處會(huì)出現(xiàn)冷卻區(qū)，且存在最佳作用位置使得其整體冷卻效果為該工況下最佳。為了解釋產(chǎn)生不同傳熱效果的原因，進(jìn)一步對(duì)復(fù)雜渦系下氣膜冷卻的流動(dòng)特性進(jìn)行了分析。由于定常結(jié)果不能夠很好的描述其流動(dòng)特征，故又利用分離渦模擬（DES）方法進(jìn)行了非定常計(jì)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)雜渦系來(lái)流導(dǎo)致氣膜冷卻的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化。其中，圓柱前緣的馬蹄渦尺度較小，對(duì)下游冷氣射流的流動(dòng)不存在干擾作用，主要對(duì)氣膜冷卻流場(chǎng)
6、結(jié)構(gòu)造成影響的為拱形渦和尾渦，它們主要存在并作用于中間區(qū)域。拱形渦作用使得中間孔的部分射流回流，冷氣孔前方出現(xiàn)冷卻區(qū)，尾渦則將冷氣壓向壁面夾帶著其向展向擴(kuò)散，使得展向上的冷氣覆蓋范圍更大，但同時(shí)也減弱了冷氣沿流向的傳播能力，故低吹風(fēng)比時(shí)，下游較遠(yuǎn)處無(wú)法得到很好的冷氣覆蓋，存在大面積低效率區(qū)域，而這種情況隨著吹風(fēng)比的增大逐漸改善。關(guān)鍵詞：復(fù)雜渦系，氣膜冷卻，傳熱效果，流動(dòng)特性-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文AbstractGasturbineisdevelopingmostrapidlyandhasobviousadvantagesinmodernpowermachinery.It
7、iswidelyusedinaviation,shipbuilding,powergenerationandothermilitaryandcivilianfields.Therefore,gasturbinemanufacturingtechnologyhasalsobecomeahigh-endtechnologywithhighinput,strictblockade,andcompetingdevelopmentinvariouscountries
