《基於切向噴射的氣膜冷卻參與組織高效流動的機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由溫風波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於切向噴射的氣膜冷卻參與組織高效流動的機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：溫風波
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氣膜冷卻作為主要的冷卻技術為被廣泛用於渦輪冷卻，使渦輪能夠承受越來越高的渦前輪前溫度以滿足高性能需求，並維持長壽命。雖然氣膜冷卻具有極好的冷卻效果，但冷氣射流固有的法向動量造成高效氣動邊界的破壞，並引起複雜的冷氣射流與主流摻混作用，降低氣動性能。本課題基於幾何一體化設計思想提出切向氣膜冷卻結構，並進行一系列基礎研究。具體內容包括：切向冷氣射流附壁流動及與主流相互作用機理；建立切向氣膜冷卻結構參數與冷卻效果和摻混損失評價模型之間的數學關係；建立流場信息捕捉的基本方法及基於關鍵流場參數的局部流場評價數學模型。本項目旨在通過這些基礎科學問題的研究，為冷氣射流參與組織高效流動提供理論依據，奠定技術基礎。
結題摘要
氣膜冷卻作為主要的冷卻技術為被廣泛用於渦輪冷卻，使渦輪能夠承受越來越高的渦前輪前溫度以滿足高性能需求，並維持長壽命。雖然氣膜冷卻具有極好的冷卻效果，但冷氣射流固有的法向動量造成高效氣動邊界的破壞，並引起複雜的冷氣射流與主流摻混作用，降低氣動性能。本課題基於幾何一體化設計思想提出切向氣膜冷卻結構，並進行一系列基礎研究，總的來說，研究表明切向冷卻射流結構是切實可行的，可以很好地在保證冷卻效果情況下參與組織高效流動。為了實現項目的研究目標，項目執行過程中具體的研究內容及成果包括：建立了複雜冷卻結構參數化及複雜流域格線自動化生成平台，開發了通用二維分塊結構化格線與氣冷葉片部分結構的氣動/耦合傳熱分塊結構化格線的生成程式，格線自動生成程式與參數化方法相結合，能夠對葉柵流道與一些冷卻結構做高速度、高質量的計算格線自動生成，從而降低格線生成的難度，提高設計的自動化程度；開發了具有高精細流場結構捕捉能力的CFD程式，可對三維可壓縮Navier-Stokes方程進行求解，能夠進行定常和非定常的計算，求解器目前經過多個經典算例的校核，結果表明程式具有較寬的適用範圍，並且具有對複雜問題的模擬能力；建立冷氣噴射條件下的冷卻效果和摻混損失評價模型，研究了湍流模型、多組分、熱輻射、壁面傳熱條件對氣膜冷卻效果評估的精度，基於Denton的熵增方式建立消散函式評估冷氣摻混損失的方法，建立組分流管法處理損失沿葉高分布；詳細研究了切向射流附壁流動流場結構及冷卻效果，建立切向冷卻結構的成型方法，通過多方案計算分析表明切向射流可減弱常規氣膜射流法向動量摻混，其射流結構沒有腎形渦對，在一定角度下，冷氣射流可很好地覆蓋反曲率區域，實現這一區域的良好冷卻效果，後續還將進一步開展相關工作。此外研究了激波與射流的干擾流動，在激波前後不同位置布置射流孔，詳細分析了激波和射流漩渦結構的變化。基於以上研究，將相關成果套用於某型氣冷渦輪最佳化設計，使得氣動效率提高0.35%，同時反映葉片工作時溫度場最惡劣區域(包括最高溫度和面積)的最大降幅為45.71%。
