网格式肋化通道换热与总压损失特性研究

　　网格式肋化通道换热与总压损失特性研究张勃吉洪湖张靖周高潮王鸣21.南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016；2.沈阳发动机设计研究所，辽宁沈阳0015个宽边是由铝板机械加工而成的肋化壁，两个短边是由胶木板制成的绝热壁。肋化壁上肋与通道轴线所形成型两宽边的肋向角分别为45和60简称4560模型两个模型的肋宽与肋间距之比饫=0.25，肋间距与肋高之比0.30，肋高与通道高度之比6好=50，即两个肋化壁的肋尖相互接触，从而形成网格式通道。实验明当雷诺数在0.51作1.2105范围内变化时，网格式内冷通道换热效果比光滑通道提高了5 9倍，但伴随的总压损失增加了3个数量级收稿日期200305 27；修订日期20040101基金项目航空科学基金资助项目。9952023随养对航空发动机性能要求的提高，涡轮叶片内邰强化冷却技术得到了广泛，视4深入研究。在众多强化传热措施，肋化内冷通道是种行之有效的方法。研究明影响肋化通道换热效果的主要几何参数为肋向角1肋高与通道当量直径之比肋间趴与肋高之比，心等。

　　1.；丁1等人12研究了垂立干通道轴线的肋的换热与流阻特性，考查了户6，6办对通道换热与流阻的影响作甩得到了平均努塞尔数及流动阻力系数与各专数的关联式代等人+对乜诂肋向角1；肋截曲几何形状用肋，半柱肋，矩形肋。梯形肋等以及肋的排列方式饮叉，平行，型型等在内的众多因素对通道换热与流阻的影响规律进行了系统的研宄，吉洪湖等1开究；1形通逍中加扰流时的流场与换热特性肋化通道，是在常规肋化通道6丑0.5基础上将肋高6增大至通道高度的半好=0.5而形成的，1.这种冷却结构已在国夕某型发动机涡轮叶片得到了应甩们迄今为止，尚未关于这类通道的换热与压损特性的公开报道。本文针对这种通道的换热与压损特性进行了实验研究。

　　1实验系统与数据处理本实验装置2.由压气机提供的高压冷却气流，首先通过孔板流量计对其流量6进行测量后，然后进入稳压腔稳压，该腔的横截面12实验系统总阁积是实验模型进口面积的8.9倍，从而使得气流以较均匀的，度进入实验模型。在模型通道的进出口两端心轴线处分别设笠了总压符用朽刚量气流的压力变化肋化铝板结构个边是山铝板加工而成的肋化板如1理3化。

　　两个短边足用胶木板制成的绝热壁。为了减小肋化板向下游管道的传热，投型4 1下游相接的法兰均胶木板制成肋与通道轴线形成的锐角为肋向角丁第个实验模型的两块肋化板的肋向角分，为45和45简称为4545模型个模犁的两块肋化板的肋向角分别为45和60，简称4560模型。3，意地出了模型板的加热散热防护以及热电偶测温点的布置情况。热电偶布置在肋化板中心轴线上31中小14圈所心为肋4肋下1隔布杜肋化铝板由铺设在其背面的加热膜通电加热，在加热膜外又铺设多层保温材料，经估算，模型向周围的散热损失约为2.搽，可以忽略木文中各测1点的换热系数按=277计兑。式中0为肋化壁向冷却流休供的加热量，为加热膜面积，壁面局部温度7由热电偶测得，气流温度7则近似地假定在实验段内气流温度沿讪道力向线性变化，并通过实验段进气流温度与加热量确定。

　　局部努塞尔数定义为上下肋化板的平均努塞2数分别为其。为通道进口尤肋处的当量直径厂分，为测量点截血上阳1均的气流导热系数，1热电偶2云母片3加热膜4纤维绳5胶木板6软木板模型加热保温及温度测量点布置两肋化壁的平均壁温。平均换热系数和平均换热努赛尔数雷诺数定义为你=，其中的定性温度为通道气流进口与出口温度的平均值，流速化0心，4为模型矩形进口截面面积187为和光滑竹道充分发展紊流的努塞尔数职，进丁比较，实验引进换热强化比，木文采了两个实验模型。3所小。它数。投仿管流流动阻力系数的定义，木文引入了们的主要几何参数均为长1其中。4；为模型进出1两端心轴线。的总，取光滑管充分发展紊流的摩擦阻力系数为。=0.046心为了便于比较，本文引入了阻力增大比41为了综合评网格式肋化通道强化换热与压损增大的特性，实验弓了综合肋化效率才2实验结果分析部努塞尔数之比池撕随尤的变化规律工=，为通道进口截面可以看出，在办1.25时，沿师随着1瓜增大而减小，而在1瓜1.25后，撕卿随1瓜增大而上升。与文献2中相同，实验模型进口与出口处，换热出令网格式肋化通道强化换热的同，加人汕道系数在今5之间，而4560模型则在7.5以上。

　　1句5反映投型平均努龙数右访诺数办的变化规律叫个模型的均随办的增大而增大，4545模型的努塞尔数与4560模型的努塞尔数分别达到了结渠阁中形成通道的两板上的肋是相互平行的父小两板的肋不平行叫，等人的实验是针对常规肋化通道的，其中，=本实验模型的60=0.246，丑=0.5网格式肋化通道的换热强化比足常规肋化通道的2.5倍至3倍，足光滑管流是略微邝的，这是由尸格式通道的总压损火不仅仅是由于壁面摩擦引起的，通道的阻塞以及大量的涡存在，也是引起总压损失的重要的原因。

　　阁8中给出两个网格式迎道模型的阻力，大比与常规肋化通道的比较4560模型总压损失大约是4545模型的两倍。9给出了网格式肋化通道综介肋化效率常规肋化通道的比较结果，网格式肋化通道的值1.00心0.009之间，4545模型的肋化效率好于4560模型而常通道摩擦系数的的比较规肋化通道的2介厂。25.。165之间；14的始奴啊与，的付应数据计算得网格式肋化通道的综合肋化效率小于常规肋化通3结论随着尤瓜增大而减小，而在1奴大于1.25后，则随办增大而上升实验观察到在模型进口与出口处，换热出现峰值网格式通道的换热效果是光滑通道的8.5倍，达到常规肋化通道的2模型，达到7.5以上，约为4545模型的两倍。模型阻力增大比达到3个数量级，比常规肋化通道增加很大1本文得到的1格式肋化迎道的综合肋化之间，模型4545的综合肋化效率好于模型45 60网格式肋化通道的综合肋化效率小于常规肋化迎道通道综合肋化效率的冗的比较吉洪湖，王宝官，王代军，等。叉排扰流柱排列参数对旋转矩形通道对流换热特性的影响。航空动力学报，1999，14邢宗文。流体力学基础。北京西北工业大学出版社顾维藻，神家锐，马重芳，等。强化换热河。北京科学出版社199，1