高位进气径向出流转静系旋转盘腔换热规律的实验研究

Tracyrat

本文将实际发动机的涡轮盘冷却系统简化为：冷气从静盘的高位进气孔流入腔体，并从转静盘间隙流出，以实验的方法对旋转盘腔内的流动和盘面的换热进行了研究。所得结果对实际发动机的设计有一定的参考价值和指导意义。本实验建立了研究旋转部件流动与换热的实验台，解决了从高速旋转部件上引出测试信号和对旋转实验件进行强电加热等问题，对高位垂直进气旋转盘腔换热特性的基础数据进行了补充和拓展,得到了转盘表面温度、局部努赛尔特数的分布及平均努赛尔特数,并对结果进行了相应的分析。研究结果表明：①转盘表面温度成外高内低分布：在 以上，盘面温度随半径减小而迅速降低，这主要是来自于冲击半径为 冷气的冲击作用以及转盘边缘处冷气流动速度较快的缘故。在 以下，盘面温度都较低并接近一致，主要在于转盘边缘换热较强，导入中心的热量较少，并且中心腔内的气流流速较低，换热较少的缘故。同时，为了给转盘提供第一类边界条件，盘面温度按一条曲线拟合:  。这种方法能较好地拟合实验测得的盘面温度。②在 以内，局部努赛尔特数基本不变;在 以外, 局部努赛尔特数随半径的增大迅速增大。转盘外缘对流换热的局部努赛尔特数高主要原因是由于采用的是高位进气，进气点在转盘的外缘，冷气对转盘进行强有利的冲击冷却，使转盘这一区域的努赛尔特数增大。③随着旋转雷诺数的提高，在转盘中心处的局部努赛尔特数变化不大，而在转盘外缘盘面的局部努赛尔特数则随旋转雷诺数的增加而增大。④随着盘罩间隙比的减小在冲击区附近局部对流换热的努赛尔特数不断增大，这主要是因为盘罩间隙比的减小使冲击距离减小，冲击作用加强，使这一区域的换热增大。⑤在本实验的条件下，增大旋转雷诺数对盘面的换热有着较强的影响，随着旋转雷诺数的增加，转盘表面的平均努赛尔特数不断增加。⑥当其他条件不变时，随着进气雷诺数的增加，转盘表面平均努赛尔特数是不断增大的。此外，随着盘罩间隙比的增加盘面的平均努赛尔特数是下降的。⑦阻力系数1 随进气雷诺数的变化比较复杂。当进气雷诺数较小的时候，旋转对阻力系数1 的影响占主要地位，阻力系数1 随着旋转雷诺数的增大而减小。随着进气雷诺数的不断增大，流量对阻力系数1 的影响不断加强，最后阻力系数1 趋于一个固定值。阻力系数1 随旋转雷诺数的变化规律为，在一定的进气雷诺数下，阻力系数1 遂旋转雷诺数的增大而逐渐减小。