● 摘要
为防止加力筒体过热,军用战机加力燃烧室内均放置隔热屏。关于加力隔热屏的研究至目前为止主要集中于单层波纹板形式。其中,关于纵向波纹板隔热屏的换热特性、冷却效率、流动特性等在近年来研究较多。有学者总结了航空发动机增推装置的新进展并指出,未来高推重比发动机加力燃烧室的热负荷进一步增大,同时对发动机可靠性与耐久性的要求进一步提高,加力隔热屏冷却结构的设计将面临新的挑战,为此本论文针对加力燃烧室的工况条件对冲击/发散冷却的层板隔热屏开展了冷却性能的相关研究。
为了从整体上对比各种冷却结构的冷却性能,本文采用流/固耦合传热的计算方法对冲击/发散冷却层板进行了三维数值模拟研究。通过参考相关文献及对比相关实验数据确定了数值计算方法,选用SST k-W模型作为本文的湍流模型。本文将层板结构与相同开孔率的单层平板隔热屏及某型波纹板隔热屏进行了对比数值模拟,论证了层板冷却性能的优越性,之后对层板隔热屏进行了变几何参数、来流参数下的冷却性能研究,得到了隔热屏的冷却效果、冷气消耗量、二次流热负荷等的变化规律。
研究发现,冲击/发散冷却层板具有较好的冷却效果,但其受压比变化影响较大。相比某型波纹板,冲击/发散冷却层板的冷气消耗量平均减少41.6%,冷气热负荷平均降低65.9%。在本文所研究的几何尺度范围内,隔热屏下层板下表面的冷却效果受气膜孔与冲击孔的孔径比变化影响最大,当气膜孔与冲击孔的孔径比从0.6 变化至1.2,隔热屏的冷却效果平均值增大40.5%。冲击/发散复合冷却层板隔热屏的冷却效果是冲击冷却和气膜冷却综合作用的结果,受几何参数和来流条件的影响有不同的变化规律,在设计时需兼顾这二者的影响特点,并综合权衡冷气消耗和二次流热负荷的影响因素。
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