叶片外部换热实验和数值研究

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(西北工业大学动力与能源学院，陕西 西安 710072)

叶片外部换热实验和数值研究

许润红，许卫疆，刘聪

(西北工业大学动力与能源学院，陕西 西安 710072)

在短周期跨音速传热风洞上，研究不同雷诺数和压比下无气膜导叶表面换热系数分布，并在相应的数值模拟中分析叶栅通道涡结构的生成与发展，研究其对叶片换热的影响。

雷诺数；压比；换热系数；通道涡结构

0 引言

随着航空技术的快速发展，航空发动机的性能较过去有了大幅度的提高。提高发动机性能主要途径是增加推力和功率。在发动机尺寸不变的前提下，涡轮进口温度提高55～56 ℃，发动机推力可增加10%～13%。第五代战斗机发动机将推重比的发展目标定为15～20，届时涡轮前的温度将会超过2 200 K。随着涡轮前温度的不断提高，使得航空发动机涡轮等高温部件的工作环境严重恶化，导致其出现可靠性差和使用寿命短等现象。因此，研究其表面上流动、温度以及换热分布对改善发动机涡轮等部件的可靠性有重要的作用。一些学者进行了相关研究[1-7]。

通过对某型高压涡轮无气膜导叶进行表面静压和换热的实验测量和相应的数值模拟，研究不同雷诺数和压比对无气膜叶片换热系数分布的影响，并且在数值模拟中研究叶栅通道涡结构的发展和变化，分析通道内涡结构对叶片换热的影响。为下一步涡轮导叶气膜冷却设计提供基础数据。

1 实验系统

实验在如图1所示的实验系统中完成。主流经过电动阀、快速阀和调压阀后被分为2路，一路经过节流阀和稳压腔进入实验段，另一路经过引射器，最终2路气流汇合后由消声器排出。……