《渦輪葉片發散冷卻結構微細顆粒沉積機制及其影響》是依託南京航空航天大學，由張靖周擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：渦輪葉片發散冷卻結構微細顆粒沉積機制及其影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張靖周
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
緻密氣膜孔發散冷卻是一種高效的渦輪葉片冷卻方式，在工程套用中面臨著冷卻通道特徵尺寸微小化所帶來的微細顆粒沉積堵塞風險。如何在獲取高冷卻效益的同時，有效規避微細顆粒的危害性沉積行為，是緻密氣膜孔發散冷卻結構潛在套用價值體現的關鍵。本項目針對這一研究背景，系統地開展緻密發散射流和葉柵通道主流耦合流場中微細顆粒的擴散特性、緻密氣膜孔發散冷卻表面微細顆粒的沉積模型和沉積規律、微細顆粒的沉積形貌對緻密氣膜孔發散冷卻性能的影響規律等基礎科學問題的理論和實驗研究。試圖通過本項目的研究，建立緻密氣膜孔發散冷卻表面微細顆粒的沉積模型和沉積形貌構建方法，揭示緻密發散射流和葉柵通道主流耦合流場中微細顆粒的擴散-沉積特性與渦輪葉片冷卻性能之間的內在關聯，並通過最佳化冷卻通道內氣流流動的組織方式有效規避緻密氣膜孔發散冷卻結構的技術風險。項目研究具有學科交叉特色和重要的學術和套用價值。
結題摘要
高性能燃氣渦輪發動機熱力循環溫度的不斷提高導致熱端部件熱負荷急劇增加，發展和創新高效的熱端部件氣膜冷卻技術具有重要的套用需求。發散氣膜冷卻是一種高效的渦輪葉片冷卻方式，由於其冷卻通道特徵尺寸微小化，在實際套用中將面臨著嚴重的微細顆粒沉積堵塞風險。本項目針對這一研究背景，系統地開展了微細顆粒沉積模型和沉積形貌構建方法、葉柵通道微細顆粒運動和葉片表面沉積、典型冷卻結構中微細顆粒運動和表面沉積、氣膜孔局部堵塞對氣膜射流冷卻性能影響以及射流衝擊-發散冷卻雙層壁減緩氣膜孔微細顆粒沉積堵塞等若干問題的研究，所取的重要結果歸納如下： （1）針對稀相微粒的特點，建立了微細顆粒與壁面相互作用及沉積模型，構建了微細顆粒聚合和堆疊形成的沉積形貌的計算方法，獲得了葉柵通道微細顆粒的運動和葉片表面微細顆粒沉積分布特徵，揭示了氣膜射流對顆粒沉積的影響。 （2）針對肋壁和擾流柱通道、以及射流衝擊-發散冷卻雙層壁結構中微細顆粒的沉積特性進行了研究，揭示了射流衝擊-發散冷卻雙層壁結構有利於降低微細顆粒在氣膜孔內沉積堵塞風險的作用機制。 （3）針對孔內微細顆粒局部堵塞現象，獲得了局部堵塞物的堵塞比、沉積位置對於氣膜射流流動傳熱和冷卻效率等性能的影響，揭示出不同位置處堵塞物的影響機制以及冷卻特性變化規律。 （4）結合孔內局部堵塞效應的研究，提出了一種利用突脊強化氣膜冷卻的成型孔方案，同時針對成型孔氣膜射流、衝擊-氣膜雙層壁強化冷卻等問題開展了相應研究，揭示了其強化冷卻的作用機制及規律。 （5）針對渦輪葉片典型的射流衝擊-擾流柱-發散複合冷卻結構，開展了微細顆粒擴散特性-沉積特性-冷卻特性的共軛計算，獲得了射流衝擊-擾流柱-發散複合冷卻結構中氣膜孔局部堵塞效應與單純氣膜孔內堵塞效應的差異。 項目執行期中，獲得計算機軟體著作權1項，發表學術論文16篇，其中SCI檢索6篇，EI檢索13篇；培養博士後1名、博士研究生3名、碩士研究生3名。
