题目：发动机涡轮盘腔流动及换热特性研究

目前提高压气机增压比和涡轮前温度是提高航空发动机推力及推重比，降低航空发动机油耗的主要方法。由于热端部件材料可以承受的高温有限，航空发动机广泛地采用先进的内流空气冷却系统，用以冷却涡轮等热端部件，保证航空发动机可靠、高效地工作。因此研究涡轮盘腔内流动和换热特性，对热端部件冷却效果有重要影响。本文首先对真实涡轮盘腔进行模型简化，采用数值计算方法研究复杂盘腔内部的流动和换热规律，得到各个封严冷气流量与进口流量系数、旋转雷诺数的关系，以及盘面整体温度分布规律。同时对于壁面的对流换热做了一定的研究，定义进口温度为特征温度，计算了流固耦合面上的Nu数分布规律，但是由于湍流模型的复杂性，盘面的对流换热规律研究需要有实验的验证。根据实验测量盘腔表面对流换热系数的需要，结合传热学基本原理和牛顿对流换热系数的定义，设计和标定一种新型的对流换热传感器，传统方法是通过使用热电偶和液晶测量盘腔表面温度分布来推导对流换热系数的变化规律，在计算局部对流换热系数时会产生较大的误差，只能获得较准确的平均换热系数。而本文的传感器可以得到盘腔表面局部换热系数值。对流换热传感器利用加工均匀的铜片，加载恒定的电压U、电流I以产生稳定热量Q，再通过热电偶测量加热片表面的温度T w ，定义远方来流参考温度T f。根据牛顿对流换热系数定义求出表面局部对流换热系数h。通过设计改进和最终标定，给出在实验测量范围内的对流换热传感器修正系数k，最终结构为铜丝绕制的单环Φ8mm加热片，壳体尺寸Φ12mm，高10mm。对流换热系数传感器测量范围为50-200 w/(m2.℃)。同时根据自由盘标定结果，该传感器能够应用于旋转盘腔的换热系数研究，满足未来对旋转部件换热测量的需求。