气膜出流条件下回转通道换热特性实验研究

　　润轮前温度的不断提高，需要高压涡轮叶片的高效冷却。目前，国际上强化换热方式是在涡轮叶片内冷通逍的通道壁面上加入扰流肋或扰流憎同时加上气膜出流，从而破坏边界层并增大换热面积达到强化换热的目的13.研，扰流方式几何特征气膜出流流量比付通道换热的出响辩关爪要，特，是考虑变截而的沿程单元换热规，讨涡轮叶片内冷通进的精细设计实际意义，2实验模型及实验设备其内冷通道简化成两边带肋的180回转通道。通逍由气流进口通道拐弯段和出口通道段组成。为了更好的模拟真实涡轮叶片内冷通道的换热效果，回转通道被设计成变截面通道，其中带肋面在进口通道和出口通道保持沿流向均匀渐缩，而侧壁在进口通道和出口通道沿流向分别为均匀渐扩和均匀渐缩。由于真实涡轮叶片的出口段采用气膜冷却方式因此在实验件出口通道中开有气膜出流孔，1.

　　实验模型由5个部分组合而成，分别是上盖板盖板。形外隔板内隔板以及整流矜。下盖板的材质为硬铝，厚度为内侧面为带肋面；肋为90直肋，肋高和肋宽分别为1.5和2，肋间距是3上下盖板的其中个在出口通道部分开有气收稿日期20沙01.2修订日期2犯04析，按边界连续的原则，将通道分成若干特征单元M3，膜孔1.个盖板不汗气膜孔。气膜孔的位置为出口通道部分每两个肋之间等间距开有个直径为3，的孔，气膜出流后，两个肋之间的股气流汇成个出流进行控制。为了便于下面的讲述，这里约定开有气膜孔的板为人板，没有气膜孔的板为B板。口形外隔板内隔板的材料为不锈钢。整流管的村料为胶木。截面尺寸与转迎道进口和出1的尺寸致，进口部分长250的1出口部分长120进口部分末端与供气管道相连，出口部分末端直接与大气相通。，模型各部分由螺钉连接组！在起，结合面用中性硅酮密封胶密封，可以保证良好的密封性。整个实验件的口水力径，16.3，木实验只研允静止状态下的转通逍的换热。

　　冷却介质为空气，空气流量由浮子流量计测量。壁面温度则由焊接在盖板上的，1热电偶测量。由盖板是由厚度仅为1的硬铝制成，在本实验的热流密度条件下，盖板两面的温差小于因此热电偶粘接在盖板背面，1盖板竹面的温度来代替内壁的壁温。测点的分布，在没有气膜出流段采用两个肋之间分布3个热电偶，有气膜出流的采用在气膜孔位置；置个，两孔之间布置个的方式，拐弯段按相同的间距布置热电偶，测点焊接在流道的中线。

　　本实验采用电加热的方式，热流密度9=，8如9，加工成的宽为2，的蛇形窄条。加热片与盖板之，用近3厚的导热绝缘桂股隔离，可以保证等热流加热的要求。加热片的外面用玻璃棉和石棉布包裹，以保证绝热的要求。

　　3实验数据处理本实验中实验件气流通道面积沿流程是变化的2.由于偏心的缘故，拐弯段的截面面积变化剧烈。

　　由于，通道的渐扩渐缩特性，水力直径雷诺数等参数是不断变化的，沿着通道水力直径是先增加然后减小的，而雷诺数是不断增加的。因此，为了便于分分别考察特征单元的人板和8板的平均努赛数，其中平均努赛数他1其定义如下是单元的热流密度是单元面积加权的平均壁温，定义为其中4.是测温点所代的面积。是该单元的入口水力直径，是各单元段的气流入口温度。入1是当地他温度下气体参数。

　　单元入口的雷诺数定义如下似1；是单元的入口气体流量，是该单元的入口水力直径，是该单元的入口截面面积。片是当地，温度下气体参数。

　　同时对于单元的几何形状，采用个无量纲的几何变量来描述各个换热1元。分别是阻塞1=认，1长径比=和入口的宽闻比外=外办。

　　和乃1分别是换热单元的入口和出口水力直径，塍殓，哪胗顺肝分靡口截面带肋面和侧壁的长度。

　　对于单元中气膜出流孔和肋的位置可以用两个无量纲数来定义膜流孔位置为为气膜出流孔到单元入口的距离，在本实验件中了通道各单元7=0.9167.

　　整个回转通道共分成17个单元，其中1到8号单元是入口通道，第9号单元是拐弯段，到17号单元足出口通道1到9单元的入口和拐弯通道没有气膜出流孔，10到17单元的出口通道中有气膜出流来加强换热。各特征单元入口的阻塞比长径比宽高比4鲁4实验结果及分析膜的情况平均努赛数的对比阁；从上可以看出无论是人板还是8板气膜出流对1到9号单元没有什么影响。

　　对于8板，从到17号单元，关闭气膜时的换热都要高于开放气膜的，这是由于有气膜出流后，主流道的流量减少，在8板参与换热的气流也相应的减少的缘故。，元入口的雷诺数变化，8为各单元气膜出流的流景比。

　　但是气膜出流对10到17号单元的换热影响很大。对于人板，从10到15单元可以看出，开放气膜流破坏了流体的附面层，增强了换热的结果。而且从10到15号单元人板的努赛数是逐步减小的，这是由于气膜出流减少了主流道的流体流量，减弱了换热的结果。16号单元开关气模时的努赛数差值己经很小，17号单元开放气膜时的努赛数已经小于了关闭气膜的，这是由于开放气膜时前面10至15单元气膜出流的总流量很大，致使16和17单元主流道的流量过小参看7，换热效果也要小于关闭气膜情况。

　　从7上可以出。从到15单元。在开放气膜时的雷诺数是降低的，但16和17号单元雷诺数有所升高，因此在人，6两板相应单元的换热明显增高。

　　气膜的情况下的对比。

　　从上可以看出，气膜出流对1到9号单元的换热没有什么影响。对于102，单元由于气膜出流的影响，打开气膜情况的换热强于关闭气膜的换热。而14到17单元，由于主流道气流的减小，打开气膜情况的换热反而减弱。

　　10到13单元的气膜。然后在加热，入口流量等参数不变的情况下，改变14单元的气膜出流流量，从而研究气膜出流对单儿的换热的影响。从上我们可以看出，人板的换热是随着流量的，加先，强后减弱热，也是先增强后减弱，因此可以得出气膜出流增强广单元的换热，但足疗6佳的出流流呈比，低于这个流量比的，流量越大，换热越强。大于这个流量比5结论⑴气膜出流对变截面回转通道入口通道的换热影响不大气膜出流增强了回转通道出口通道人板的换热。减弱了8板的换热，对于单元而言，存在佳的出流流量比，这是强化作用相平衡的结果。

　　杨世铭传热学第版M北京高等教育出版社，编辑王居信膜出流比对单元换热的影响，关闭主流流量减少对换热的减弱作用和气膜出流对换热