带肋回转变截面通道内换热特性的实验研究

　　文章编号100带肋回转变截面通道内换热特性的实验研究邓宏武，魏，丁水汀，陶智，徐国，北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100083下面带6平行斜肋和带6作交叉肋两种分布形式对换热的影响。实验结果明通道的努赛尔数随着雷诺数于平行斜肋通道。变截面通道的壁面温度分布没有严格的以肋间距为周期的变化规律；交叉肋通道壁面温度沿流体流向的梯度要比平行肋通道的小。

　　航空发动机提高推重比的主要措施之是提高涡轮前气流温度，山此涡轮叶片的冷却技术就成为研究的热心。当今采取比较多的涡轮叶片内部冷却方式足利用绕流柱排和强化肋等。在国外参数下带肋回转通道进行了静态实验研宄，研究别的。对交义肋回转通道的研允前国内还很少，而在国外交叉型肋的冷却通道在叶片设计中己应用。本文以某型航空发动机涡轮叶片中段的内部冷却通道为模型，并将其简化为带肋变截面回转通道，实验研宄带60交叉肋下面简称交叉肋和带60平行斜肋下面简称平行肋变截面180回转通道的内面换热特性。

　　1实验模型设备及数据处理实验装置以某型航空发动机压涡轮叶炒为实验件设十取屯！。将其内部冷通逍简化成两边带肋的变截面180回转通道。通道由气流进口通道拐弯段和出口通道段组成，其中带肋面在进口通道和出口通道保持沿流向均勾逐渐缩小，而两侧面在进口通道和出口通道沿流向分别为均匀逐渐扩大和均匀逐渐缩小。实验模型大体由部分组成，分别为上盖板下盖板型外隔板内隔板以及用，进出口气流整流段。交叉肋通道实骀段简，1.

　　上下盖板由硬错做成，厚度均为盖板内侧而为肋面，1.下血肋高均为21叫肋收稿日期2，0；修订日期20淋016间距均为2，肋展向同流体主流方向呈60夹上下交错的肋形式。内外隔板由不锈钢制成，进段电木做成，进段进处与供气管道和连，出段与外界环境相通。丈验通道部分用螺钉连接组合在起，在盖板和隔板接合而性硅酮密封胶密封，实验证明在实验范围内可以保证良好的密封性。对于平行斜肋通道，上下盖板上成十行斜肋的形式。

　　木丈验是在静止状态下研允回转通道的换热特性。实验中冷却介质为压缩空气，空气流量由浮子流量计测温度由置以说热电偶测说为避免热电偶对实验件通道气流的影响，将热电偶焊接在壁面的外侧。为降低由此产生对温度测量的影响，盖板被设计的很薄而且采用导热性能很好的硬铝制成。在本实验的参数范围内，盖板两面的温差小于0.05，完全可以用盖板背面的温度来代汽通道内嵴农而的温度。温度测点的分布是按照在连续的2个肋之间布3个热电偶来分布的，拐弯段也按照相同的间距布置热电偶，测点被焊接在通逍的中线。实验所测得的温度信号由14018通逍数据衮集模块组采集热电偶的热电势，后经电脑换算为相应的温度数据记录下来。

　　本实验采用电加热的式对带肋及面进行加热，加热片是利用厚度为2的不锈钢片加工成的宽为2，的蛇形窄条。在加热片与被加热片。从而保证等热流密度加热的要求。加热片的外面以及实验件侧面用玻璃棉和石棉布包裹，并放纳在专门设计的保温筘以保证绝热的要求。

　　实验模型装配小盘2.

　　钢。板石棉布测点通道侧壁1.2实验数据处理由于木实验研究对象的通逍截面面积是连续变化的此在处刑数据时安照连续性原则，肋为基本特征将通道分成若干换热单元3，阁4，分别研允各个换热节儿的平均努赛尔数1通道进口雷诺数的计算通道的进口雷访数征了气流流觉的大小，其定义公式为扣，为通道入气体密度；4为通道入气体的动力粘性系数，其定忡温度采用气流的进口温度为气流进口速度化为通逍的入口水力直径；通道井口面积。

　　气流进口速度可由质量流量成计算，可得山此得雷诺数的讣算公式度怙况不同。在交叉肋通呤中壁面的温度梯度要比1行肋通道的小。有利厂减小中温度梯度而产生的热应力，这在实际的叶片设计中是很有意义血温度分布中难以找到严格的以肋叫距为周期的逆化规律。通道的每个单元之进水力直校仇阻塞比单元出进口水利直径之比高宽比尺单元长度和进口水利直径之比因为通道截面的变化而各不相同，造成了通道内各截面气流流速等换热决定因素的处处变化，破坏了因截面不变而保持的以肋间距为周期的温度变化规讣42通道进口心诺数的计算实验整个，转通道的壁血各处的局部换热系数的讣算公式为其中为通道内各处的壁面温度；为通道气流进口温度。

　　整个通道带肋面的平均换热系数的计算公式为变截面通道，每个测点所代的区域面积各义不相同，因而是全通道壁面相应温度的面积加权平均值，由于本实验是研究变截面通道带肋面的换热，14此将通道分成干单元，分，考察付1单元上式中是该单元的入口水力直径；心是该单元气流的进温度；和心分，是该单儿带肋面的平均对流换热系数和壁面平均温度入是单元进口气体的导热系数，其定性温度采用的也是该。中1元进口温度。，通道的平均努赛尔数岸的计算公式为入定性温度为通道入口的气流温度2实验结果及分析从阁可以肴1.进1段截面积逐渐增加。接近转弯段时截面积略微有所降低；转弯段截面积变化大，先很快增加，后减小；出口段整个截面积递减较快热流密度相近的情况下的壁面温度分布。中明显地现出了肋的扰流作用变截面逋道壁温呈复杂略带有锯齿状分布，这是由于肋的存在破坏了边界层的形成或充分发展，强化了换热；同时，也正因为肋的存在，气流中产生了很多旋涡，有些地方因旋涡的存在削弱了当地的换热，因此当地的壁面温度较高。另外，虽然不能从6 7的温度高低判断两种形式通道换热的差异，但2张阁，楚地明了两种通道壁血，度分布的梯木文以仙为基木特扣将格个迎道分为若千换热单元，为了更好的考察每个换热单元的换热特性，在此引入个概念强化比，其达式为，几其为通道局部努雄尔数训为由1！161紊流换热关联式得到的努赛尔数。810分别给出了在高中低入口雷诺数下。两种肋型通道沿，的换热强化比的分布。

　　从中可以看出在低雷诺数下在娜首入口段。行斜肋通道的换热强化比要岛千交叉肋通道；在通道转弯段，者的强化比都出现下降的趋势；在出口段，通道经过转弯段的变化交叉肋通道的强化比要比平行斜肋通道的高出很多；这是由于低雷诺数下在进口段，通道的高宽度比较大。肋对换热的影响要小厂流动对换热的影口阢而平行斜肋通道的流动要好于交叉肋通道所以平行斜肋通道换热好厂交叉肋在转弯段截面变化很大，同时没有强化肋，流体由于通道扩张而减速，附面层变厚，所以换热效果变差；在出口段，由尸高宽比减小的很大。所以肋对换热的强化作用得到较大的增加。因时交叉肋通道的换热好于平行斜肋。而在较高雷诺数下。交叉肋整个通道雷诺数下交叉肋通道的换热效要明显好于平行斜肋。总之。在流动充分发展的情况下。不同型的肋对换热的影响体现的更多些阁给出了两种肋型通道平均努赛尔数随通道入工诺数变化的趋势。从可以看出随着雷诺数的增大者通道平均努赛尔数都是增大很小，几乎是重合的；而当雷诺数大于25000后交叉肋的换热明显加强。其通道平均努赛尔数明显大于平行肋的通道平均努赛尔数。由此可以看出交叉肋通道的平均换热要好于平行斜肋通道的换热。

　　⑵叫坤肋型通道中作6的变化3结论对于6交叉肋和平行肋回转通道交叉肋通道壁面温度沿流程分布的温度梯度要比平行斜肋通道的小。

　　雷诺数低时，平行斜肋通道进口段的换热效果好于交叉肋通道。交叉肋通道出口段的换热效果好于平行斜肋通道；在高雷诺数时，交叉肋通道进出1段的换热都要好于个斜肋。

　　刃两种通道的肀均努赛尔数都是随着进口馆访数的壁面增大而增加的，=在较低酊诺数者的通道平均努赛尔数基本相当，但是随着雷诺数的增加交义肋的通道，均努赛尔数要明昆比户行斜肋高。这明在实验范围内，交叉肋通道的整体换热效果要好1平厅斜肋通道。

　　4戴有为。对流传热分析朋。北京兵器工业出版社，1989.mi33.

　　邓宏武1973男，陕西咸阳人，北京航空航天大钉程，胯社后，爨弈得航空宇1航推进理论与工程专业博士学位，2001年赴香港科技大学化工系短期工作。主要从事旋转换热和冷冻千燥等方面研究，1塔。了263.成电话01弘82324545.

　　责任编辑刘振国学术活动第六届全国实验流体力学学术会议在太原召开第六届全国实验流体力学学术会议于2004年4月19日至22日在太原市召开。会议由中国力学学会和中国空气动力学学会主办，由北京航空航天大学承办，山西省科学技术厅和山西省科技基金发展总公司协办。有来自全国各地70余名代出席了会议，山西省副省长梁滨副秘书长郭慧民省科学技术厅廉毅敏副长等出席厂开幕式并致了欢迎本届会议共录取论文87篇，内容包含基本流动和微尺度流动的实验研宄飞行器空气动力实验研允。生物环境与工业流体等的实验研，流体测试技术利1仪器设研允等许多重要方面，反映了我国实验流体力学研宄和实验技术研究的丰富的成果和新进展，其中15篇论文被推荐在实验流体力学上发，9位论文被评为优秀论文。崔尔杰乐嘉陵，李素循魏庆鼎林志兴申功圻夏克青王立秋康琦等10位学者做了大会特邀报告，给与会代以很大启发。

　　闭幕式中，会议主席魏庆鼎教授代与会令体成员向给予会议人支持的庄逢甘院士冰杰院±乐嘉陵院士胡文瑞院士以及应邀做了精彩大会报告的国内外学者，特别是远道而来的英国诺丁汉大学教授以及香港大学王立秋教授香港中文大学夏克青教授衷心的感谢；向给予会议支持和提供了优良环境的协办单位以及为筹备会议做了大量复杂细致工作的承办单位了谢意。

　　力学学会理事长崔尔杰院士指出，这次会议不仅有传统研究领域的研究成策而且扩展到许多新的边缘我的实验流体力学有更好的发展，关键是大力培养和造就批年轻的优秀的实验流体人才。王晋军教授代新的实验流体力学专业组要充分肯定了上届专业组的突出成绩，同时要继续搞好国内外7术交流口息交流，为促进我阶矣验流体研允的发展促进丰妗的实验流体人才的成踏实作。

　　后，大会宣布2005年8月将在成都召开第届国际流体控制测量和显学术会议；2007年召开第沾全实验流体力学学术会议，第六届全国实验流体力学学术会议组委会