頂部換熱

技術簡介

由於渦輪動葉頂部存在間隙，導致葉頂是葉片上換熱最高的區域，而葉頂間隙流動又使得葉頂上的流動極其複雜，因此葉頂換熱一直是近年來研究的熱點和難點問題，對其進行研究具有重要的意義。

在渦輪葉頂換熱特性測試方法中，主要存在兩大類方法：一類是熱測試方法，需要加熱來流或加熱葉片，在來流和壁面間製造溫度差，通過測量葉頂的溫度或熱流量來計算葉頂的換熱係數，一般對實驗條件的要求較高，如瞬時液晶法等；另一類為傳質類比技術，沒有傳熱實驗時的熱損失和軸嚮導熱的影響，能獲得較高精度的測量結果，如萘升華法和壓力敏感塗料法（pressuresensitivepaints,PSP)等。由於萘可以鑄成各種形狀且成本較低，這裡考慮採用茶升華法進行渦輪葉頂換熱的測量。

針對萘升華法套用於對流換熱方面的研究已有很長的發展史，相比國外，國內在這方面的研究開展較晚，且大多數都是在靜止的傳熱元件上進行的。曹玉璋等首次在國內對轉動部件的換熱進行了萘升華實驗研究。

到目前為止，國內外對渦輪葉片換熱的萘升華模擬實驗研究相對較少，國內幾乎沒有。Jin等套用萘升華技術對靜止線性葉柵的葉頂壁面及近葉頂壁面的換熱特性進行了測量，主要研究了葉頂間隙、主流雷諾數和湍流度的影響。Rhee等在低速環形葉柵中，採用萘升華法對旋轉平頂葉片的頂部和近葉頂壁面的換熱特性進行了研究，主要考慮了進口沖角的影響。結果發現，進口沖角對葉頂壁面和近葉頂表面的換熱有很大的影響，當進口為正沖角時，葉頂換熱增強；葉片壓力面上的層流分離泡消失，葉片吸力面上的換熱極值移向葉頂區域。

以往學者對渦輪葉頂換熱的萘升華模擬實驗研究都是在葉頂不是弧面的葉柵中進行的，且只研究了平葉頂上的換熱特性，鑒於此，採用茶升華法對渦輪動葉頂部的換熱特性進行了測量，針對2種葉頂結構的葉片（平葉頂和凹槽葉頂），分析了葉頂幾何結構對葉頂壁面換熱的影響。在測試低速旋轉渦輪葉頂壁面換熱前，對測試方法在吹風平板上進行了標定和驗證。