有弦向出流的短扰流柱排流动与换热数值计算

　　有弦向出流的短扰流柱排流动与换热数值计算张丽，刘松龄西北工业大学航空动力与热力工程系。陕西西安710072压力损失进行了数值计算，重点研宄了出流比对端壁换热和压力损失的影响。结果明1随着弦向出流比增加，端壁平均况数逐渐下降。在所研宄的你数范围内。出流比从，变化到觚数大下降6.2压力损失系数随着数的增加而减小，随着弦向出流比的增加而减小。在所研宄的数范围内，出流比从0变化到，75.

　　压力损失系数下降7，85.计算结果对涡轮叶片内部冷却计算具有重要的参考价值。

　　罐流社排作为种，化换热的于段，航空发动机涡轮叶片尾缘冷却中有重要的应用。短扰流柱排可增强冷气扰，增强端壁的面换热。文献1 3对气体垂直流过扰流柱通道的流动阻力和换热进行了系统地研宄，总结！结构参数的影响规律，并给出了计算平均换热和压力损失的经验关系式。文献4采用奈升华的方法测量了单个扰流柱对端壁换热但在实际涡轮叶片尾缘，冷却气体并非垂直流过扰流柱排，而存在弦向出流，即部分冷气从尾缘处的弦向出流孔排出，部分从叶尖处的出流孔排出。冷气在流过扰流柱时流动方卟发生变化。1以人叶根到叶尖冷气的流量也在不断减小。对于这种情况的研究在国内外的文献中很少报道过。只有文，5，6通过实验测定了有弦向出流孔的扰流柱通道内的传热和压降。从测量结果可以看出，对于多排扰流柱文献5，6的扰流柱排数分别为16532排，当存在弦向出流时，沿径向从入口到出口的局部换热和压力损失相差很大，所以在计算扰流柱通道的压降和换热时，应该分段或分排进行计算。而每段或每排的流动和换热情况除与该段的入流动参数有关之外。还可能与弦向的出流量有关。但文献没有给出弦向出流量与流动和换热的影响关系。所以有必要进步对有弦向出流时扰流柱排的流动换热规律尤其是弦向出流量对流动换热的影响情况进行研究。

　　算的方法，研究有弦向出流时两排扰流柱排的流动和换热特点以及弦出流比对流动损失和换热的影响规作2计算方法和计算模型为了便于验证比较，计算模型中扰流柱与通道的结构尺寸文献5实验段相同。扰流柱排为叉排，共向和弦向的扰流柱间距，好为扰流柱通道高度，3为扰流柱直径。

　　构对称，故高度方向即2方向取流动区域的半作为计算域。1趴第排扰流柱中心距离为3出口距第排扰流柱中心距离为3，采用六面体网格，网格数为60万。经过计算，端壁及柱面的7+在2.41之间。湍流模型农1；投吧。边界长件给记入1速度分布，弦1给定出1报力，社1出口给定流速，并通过流速来控制流量。端壁加热，给定均匀热流密度。入口速度分布近似按17次方规律给出雷诺数定义为d压力损失系数定义为弦向出流比，定义为其中为对流换热系数为流体导热系数为动力粘度，斯为通逍入宽度。〃为通道高度。为流量也为弦以出流鼠心为径以出流坫异为通道入口与径向出口的总压差，为扰流柱排数。

　　3.1与文献实验结果的对比化，同时给山计算结果与文献51的实验结果实验结果为第段即第和第排扰流柱的平均他数，汁算的出流比与文献1第段的出流比相1.

　　情况下十算结果与文献习实验结果的对比。

　　从2，3可以看出，在无弦向出流的情况下，计算的端壁平均瓜数介于文献1和5的实验结果3结果分析之间，与文献5中的数据更为接近。有弦向出流的每排扰流柱的前缘驻点附近换热强是由于柱前缘受到马蹄涡的影响。在扰流柱后部由于气流分离造成这个区域流速低。换热也就弱，在付两个扰流柱之间的1域。虽然流通面枳逐渐减少使迎道平均违度，加，仙1于这个区域受到扰流的扰动作用小成L乎没有侦以换热比刚近弱，从中还可以看出，弦向出流比大小不同，流动方向也不相同，换热强弱的区域位置也就发生变化。

　　弦向出流比大时，第排扰流柱区域换热比第排弱，在弦向出流侧换热较强，非出流侧的径向出口同域换热较弱。并且弦向流比大扰流社之间的低换热区域变小。

　　由于弦向出流比大时，沿径向流量减少，使得第排扰流礼1域换热比第弱，在弦叫出流侧由于气流加速使得换热加强。弦向出流比大时扰流柱之间的低换热区域变小，这可能是由于气流方向变化较大，扰流柱的扰动作用有所加强。

　　3.3出流比对端壁平均换热的影响出流比。的变化情况，从中可以看出，随着弦向出流比6从，到1逐渐，加，端壁平均灿数逐渐下降，但是端壁平均施数的下降幅度较小，在本文研究的办数范围内，大变化6.这是由于出流比增加时，方面沿着径向流量逐渐减小，使得平均灿数减小；另方面扰流柱之间的低换热区域变小，并且在靠近弦向出流区域换热加强，使得平均胸数又有，加的趋势，这种趋势在排数少时可能比较明显。

　　这两方面综合作用的结果，使端壁平均施数随着出流比的增加稍有下降。

　　也比较接近。比较结采说明。所采用的计算模型和计算方法能够较好地模拟扰流柱排内的流动和换热。

　　3.2出流比对端壁局部换热分布的影响，4出流比为=0.3和。75两种情况下端壁的局部瓜数分布。从中可以看出，端面上高传热区位于每排扰流柱的前缘驻点附近，大斯数约为40.柱前半周阴近换热也较强。在柱后换热弱。，数在2040之间在付两个扰流柱之间出流情况下的换热。考虑到在本文研宄的取数范围内，不同的出流比条件下，端壁平均他数相差较小6以内。所以在进行工程计算时，可以采用没有弦向出流的直通道内扰流柱排的实验关联式来计算有弦流的换热= 3.4出流比对压力损失系数的影响化情况。从中可以看出，出流比相同时，随着你数增加，压力损失系数减小；而对于相同的你数，随着出流比的，加，压力损失系数减小。在所研究的办数范围内，出流比从，变化到75，压力损失系数下降7085.弦向出流对压力损失的影响有两个方面，其，存在弦向出流时会在靠近弦向出流处形成旋涡，造成局部的阻力损失。其，弦向出流造成流过扰流柱尤1是第2排扰流柱的流量减小。

　　从而使扰流柱的损失减小。从计算结果来看，后者起到要影响作用。使以压力损失系数随出流比的增加而下降，这样看来，存在弦向出流，尤其是弦出流比较大时，用直流通道的压力损失计算公式将会造成较大的偏差4结论存在弦向出流时。由于沿径向流量减少。使得第排扰流柱区域换热比第排弱，在弦向出流侧换热较强，非出流侧的径向出口区域换热较弱。出流比越大，这种趋势越明显。

　　随着弦向出流比，从0到1逐渐增加，端壁平均〃数逐渐降，但是端壁，均〃的下降幅度较小，在本文研允的。数范围。敲人变化6，作进行工程计算时，可以采用没有弦向出流的直通道内扰流柱排的换热实验关联式来计算有弦向出流时的换热。

　　卡力损火系数随着你数的增加而减小。随着弦向出流比的，加而减小。当弦向出流比较大时，计算径向的压力损失必须考虑出流比的影响。

　　编辑梅琪