为追求更高的效率,航空发动机、燃气轮机涡轮前温度不断提高。先进航空发动机的涡轮前进口温度已达2200K,远远超过了常规材料的耐温极限,因此冷却技术的发展起着关键的作用。根据冷却方式不同可分为内部冷却和外部冷却,重要的冷却部位有叶身和端区,复杂的二次流增加了端区冷却的难度。端区二次流主要包含前缘马蹄涡、通道涡、角涡和通道横向流动等。因此,了解端区二次流特征对合理布局冷却结构改善冷却效果起到了重要的作用。
轻型动力实验室研究人员针对小型涡扇发动机,通过数值模拟的方法研究了其高压涡轮导向器端区冷却特性。传统航空发动机燃烧室和高压涡轮间存在装配间隙,为防止高温燃气入侵危害内部结构,通常引高压压气机后高压气体封严。同时,该封严气还可对高压涡轮端区实施冷却。研究人员提出一种新型燃烧室和高压涡轮配合结构,通过在导向器安装边设计周向均匀分布的凸台,使配合间隙不连续分布,并命名为间断缝(interrupted slot)。针对这种新型配合结构,研究了吹风比(blowing ratio)、缝轴向位置(axial position)、冷气进气角(coolant incidence angle)对端区二次流和冷却效果的影响。
研究发现,吹风比和缝的轴向位置对端区气膜冷却有效性的影响较大。气膜冷却有效性随着吹风比的增加而增加,但吹风比从1.7增加到1.86时,冷却效果发生了明显的提高。
通过研究端区前缘附近流场发现,吹风比等于1.86时,前缘马蹄涡明显减弱,且一部分冷却气体爬升到叶片型面上。在研究缝轴向位置时,移动缝靠近叶片前缘同样发现冷气爬升到叶片型面上。因此可以得到结论,冷气爬升到叶片型面提高了端区冷却效果。在设计端区冷却结构时,合理选取冷气吹风比和缝的轴向位置,可实现以较少的冷气达到较高的冷却效果,具有良好的工程应用价值。
上述工作得到了国家自然科学基金的支持,研究成果已在GPPS国际会议宣读,申请发明专利一项。
图1 不同吹风比对周向平均气膜冷却有效性的影响
图2 不同缝轴向位置对周向平均气膜冷却有效性的影响
图3 不同冷气气流角对周向平均气膜冷却有效性的影响
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
航空发动机端壁高效冷却研究取得新进展
本站小编 Free考研/2020-05-30
相关话题/高压 结构
肖治术团队揭示了空间种子传播集合网络的结构及功能维持机制
探究全球变化下区域生物多样性及其生态系统功能的维持机制和保护对策是生态学、生物地理学和保护生物学领域研究的重大课题。集合群落(metacommunity)用于研究区域内破碎化栖息地景观中生物多样性和生态系统功能的变化和响应机制,但其通常忽略物种间相互作用对区域生态过程的影响。然而,以往有关种间互作网 ...中科院动物研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30陶毅研究组合作研究揭示了蛊信仰对种群的结构化作用
世界各地都流传着关于巫术信仰的传说,特别在缺乏正式法律系统的地区。世界各地的巫术概念多种多样,但有一些相似之处:例如普遍存在巫术毒害的观念,认为女巫贪婪或美丽,或者在某些方面与众不同。巫术信仰将疾病、死亡或其他不幸怪罪于某些人。这种指控或发生于家庭内部,或发生于社群之内,通常年长的女性和儿童是被指控 ...中科院动物研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30【前沿报道】Nature: Mohns超慢速扩张脊的深部电性结构成像
洋脊是地球系统中火山和地震活动极其频繁、岩浆大规模上涌及新生洋壳形成的巨型活动构造带,是大陆漂移和海底扩张的中心,关乎板块构造学说的理论根基,对于研究板块动力、熔体形成和地幔对流等基本地球科学问题具有十分重要的意义。根据扩张速率大小,洋脊可划分为快速、中速、慢速和超慢速扩张脊等四种类型(图1a)。其 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30【前沿论坛】钮凤林:全波地震层析成像研究东亚上地幔结构
报告人:钮凤林∣编写:蒋梦凡,塔力哈尔·哈帕尔,孙伟家(地球与行星室) 深俯冲岩石圈动力学研究近年来取得很大进展,但完整理解该俯冲过程依然存在困难。地震层析成像显示,一些板块俯冲并停滞在地幔过渡带[1],一些板块则俯冲至下地幔深处[2]。不同俯冲带可表现出迥异的俯冲过程,如海沟后撤或前进;俯冲带的 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30【前沿报道】Nature:立方结构CaSiO3钙钛矿的声速原位测量及对下地幔顶部物质成分的启示
CaSiO3钙钛矿(以下简称CaPv)是地幔转换带(MTR,410-660km)和下地幔(660-2900 km)中的重要矿物组分。前人的计算模拟与高温高压实验均表明,CaPv在高压下会随温度的升高而从四方结构转变至立方结构,但对于该相变的温压边界以及立方结构CaPv的弹性波速还存在很大争议。从高温 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30【前沿论坛】Windley:太古代板块结构——来自热液通道、OPS、异剥钙榴岩和块状硫化物沉积的启示
报告人:Brian F. Windley |整编:李咏晨、陈振宇(岩石圈室) 板块构造理论是20世纪地质学最重要的突破,1912年德国科学家魏格纳提出大陆漂移假说,约半个世纪后美国海洋地质学家赫斯和海洋地球物理学家迪茨几乎同时提出海底扩张说, 1965年加拿大地球物理学家威尔逊首次使用“板块”一词 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30郑天愉等-NC:印度大陆俯冲到缅甸下方的结构证据
印度大陆俯冲(subduction)或底冲(underthrusting)是解释印度与亚洲碰撞以来青藏高原新生代地壳变形、岩浆活动和隆升的一个强有力的构造模式。在喜马拉雅地区,地震成像揭示了包括中下地壳的印度板块向青藏高原之下的底冲构造(Nábelek et al., 2009)。在印度-欧亚大陆碰 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30臧明东等-NHESS:考虑结构面粗糙度影响的区域地震滑坡预测模型
地震滑坡是由地震触发的边坡失稳事件,常常造成巨大的生命和财产损失。近年来,全球强震频发,关于地震滑坡的研究已经成为国际上的热点。我国是一个多山多地震的国家,长期面临着极高的地震滑坡风险,准确预测地震滑坡的空间分布是一项极富挑战性的研究,对于地震防灾减灾具有非常重要的意义。 大量野外调查发现,自然界 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30吕彦等-JGR:西北太平洋地区复杂的上地幔结构和变形
西北太平洋地区在新生代期间经历了广泛的构造变形,是研究板块相互作用动力学过程的重要区域。太平洋板块和菲律宾海板块在鄂霍次克板块和欧亚板块下俯冲,形成边缘海、扩张带和广泛分布的岛弧。然而,由于数据和方法的限制,该区域已有的层析成像结果仍然缺乏共识,了解西北太平洋地区的地球动力学特征是一项具有挑战性的课 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30段武辉等-EPSL:石笋记录的华北倒二冰消期的时间和结构特征
20世纪50年代,Emiliani首次将δ18O分析方法应用到海洋沉积物中,并根据海洋沉积物有孔虫δ18O记录率先提出第四纪存在多次冰期旋回。随后,越来越多的深海岩芯、黄土沉积以及冰芯等古气候记录证实了这种“锯齿状”冰期-间冰期旋回:从间冰期向冰期转换的过程是缓慢的,而从冰期向间冰期转换的过程却是迅 ...中科院地质与地球物理研究所 本站小编 Free考研 2020-05-30