【摘 要】
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本文以加力/冲压燃烧室纵向隔热屏冷却技术为研究背景,通过数值模拟和试验方法,开展波纹型面结构对近壁流场和冷效的影响研究,同时探讨型面结构和开孔的布局结合对隔热屏流动和冷效的影响,获得更高冷效的纵向波纹隔热屏方案,为加力/冲压燃烧室纵向波纹隔热屏的设计提供参考。首先,针对某型纵向波纹隔热屏基本型面和开孔布局,通过数值模拟的方法开展了正弦型纵向波纹隔热屏流动特性和换热特性的研究,获得流量分配以及压力场
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本文以加力/冲压燃烧室纵向隔热屏冷却技术为研究背景,通过数值模拟和试验方法,开展波纹型面结构对近壁流场和冷效的影响研究,同时探讨型面结构和开孔的布局结合对隔热屏流动和冷效的影响,获得更高冷效的纵向波纹隔热屏方案,为加力/冲压燃烧室纵向波纹隔热屏的设计提供参考。首先,针对某型纵向波纹隔热屏基本型面和开孔布局,通过数值模拟的方法开展了正弦型纵向波纹隔热屏流动特性和换热特性的研究,获得流量分配以及压力场、速度场、温度场等参数。计算结果显示:由于波纹隔热屏波峰直面高温燃气,隔热屏的波峰上出现一些局部热斑;冷热流气体的掺混是产生正弦型波纹隔热屏涡团的关键因素:壁面不开孔时,波谷没有产生大尺度涡团;波峰气膜孔的出流隔离了主流,波谷存在较大面积的低速度区,气膜孔的出流让冷却气驻留在波谷并产生涡团。在正弦波形隔热屏基础上,构造了3组隔热屏型面方案:A组方案将正弦波纹隔热屏其中部分曲面替换成平面结构;B组方案改变了半波内部的比例关系（波纹扩张/收缩比例）;C组方案局部利用动压进气,进一步改善下游近壁流场状态。计算结果显示:B-1:2方案（主流侧波纹收缩扩张比为1:2）的冷却效果最好,壁面温度最低。三组方案的型面结构对于一波内波峰波谷的流量分配有一定程度的影响,但是对整波流量分配的影响不大。近壁流场对于隔热屏冷却效果有着较大的影响:一方面增加低速度区的面积,主流流线向流道中心偏转,高温区更加远离隔热屏壁面,提高隔热屏热侧壁面的冷却效果;另一方面,低速度区面积较大的流场结构在波谷会产生涡团结构,出流的冷气驻留在波谷,为下游波峰提供保护,充分利用了波谷冷气的冷却潜力。两方面互相影响,共同决定了隔热屏的实际冷却效果。最后,对于冷却效果较好的B-1:2方案,进一步调整了隔热屏气膜孔排的分布,增加了波峰冷气量,加强了波峰的冷却效果,降低了隔热屏壁温分布梯度。优化后的气膜孔排结构在吹风比高于0.6范围内,壁面有效温比较高;当吹风比小于0.6后,波谷冷气不足难以覆盖火焰筒壁面,隔热屏整体冷效降低,波谷壁面温度逐步升高。
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