【摘 要】
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随着增材制造技术的发展,涡轮叶片内部冷却通道设计存在更多的可能。蜂窝结构作为一种自然进化而来的结构,在电子散热等领域已有了较为广泛的研究和应用。本文对蜂窝分形通道的流动传热特性以及在涡轮冷却中的适用性展开了数值与实验研究。首先,建立了蜂窝通道结构的参数化方法,对构成蜂窝通道的二分叉单元进行参数化研究。计算结果表明,无论是层流还是湍流,小长径比、小分叉角的二分叉单元都保持着较高的综合换热因子,即有较
【基金项目】
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国家自然基金,No.52076128; 国家重大专项基础研究项目,2017-V-0012-0064;
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随着增材制造技术的发展,涡轮叶片内部冷却通道设计存在更多的可能。蜂窝结构作为一种自然进化而来的结构,在电子散热等领域已有了较为广泛的研究和应用。本文对蜂窝分形通道的流动传热特性以及在涡轮冷却中的适用性展开了数值与实验研究。首先,建立了蜂窝通道结构的参数化方法,对构成蜂窝通道的二分叉单元进行参数化研究。计算结果表明,无论是层流还是湍流,小长径比、小分叉角的二分叉单元都保持着较高的综合换热因子,即有较好的换热效果的同时有较小的流阻。进一步地,将完整的蜂窝通道近壁布置在涡轮导叶片内部,并依据气热耦合数值模拟结果对蜂窝通道进行参数调整优化。研究表明,蜂窝通道凭借自身的大换热面积以及分叉点强化换热,可以提供更高,更均匀的冷效。并且通过调整叶片流向、展向蜂窝疏密,可以显著减小叶片壁面温度的不均匀度。最后,利用增材制造技术,设计制作了内含蜂窝通道的叶片模型实验件并进行冷却实验,实验结果与CFD仿真结果冷效趋势一致,验证了相同冷气量下带蜂窝通道叶片冷效均匀度优于直通道叶片。
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