冲击多斜孔壁复合冷却形式壁面换热特性试验研究-毕业论文开题报告

南京航空航天大学毕业设计开题报告题 目冲击多斜孔壁复合冷却形式壁面换热特性试验研究学 院能源与动力学院专 业热能与动力工程学生姓名刘新生学号020720107指导教师张勃职称副教授毕设地点动力楼605室 2011年 03月 02 日1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写15002000字左右的文献综述：1.研究背景随着现代航空燃气涡轮发动机整体性能的不断提升以及推重比的提高，涡轮进口温度越来越高，使得燃烧室及涡轮部件的热负荷大大增加。目前，先进发动机的涡轮前燃气温度已高达18502000K，这样的燃烧室参加燃烧的空气量的比例将增加，而用于火焰筒壁面冷却和内部掺混的空气量的比例将减少。与此同时，能提供给燃烧室用于冷却壁面的气流的温度却越来越高。由于耐热合金冶金等领域内的成就落后于燃气涡轮发动机设计师们的需求，现在在航空发动机中使用的高温部件材料许用温度一般限制在11001300K以下，就对冷却技术提出了近乎苛刻的要求，因此采取更有效的冷却方法来降低高温部件，如涡轮叶片及燃烧室火焰筒壁等，的工作温度，来保证发动机可靠的运行和延长高温部件的寿命是十分重要的，这一迫切的需求有力地促进了冷却技术的发展。未来航空燃气涡轮发动机必将进一步提高整体性能、推重比以及向低污染方向发展，这将会使涡轮进口温度进一步增加，使冷却空气的流量不断减小，为此深入研究航空发动机中燃烧室、涡轮等高温部件的冷却技术是解决未来航空燃气涡轮发动机持续发展中最重要的技术问题之一。在航空发动机内，目前应用的基本冷却方式有强化对流冷却、冲击冷却和气膜冷却及其它们的复合冷却等方式。无论采用何种冷却结构，从压气机引出的用于冷却的高压气体都是以损失热效率为代价的，并且引出气体的压力越高，损失越大，因此发展高效低阻的冷却技术是十分迫切的。为了利用发散冷却这种高冷效的冷却技术，并克服其固有的缺陷，人们尝试了多种向发散冷却趋进的冷却方式，如层板冷却和多斜孔壁冷却结构。从目前的认识水平看，以空气为介质的各种冷却方式中，发散冷却（采用多孔介质材料制作壁面）方式的冷却效果最好。但是由于其壁内的空隙很小，极易被燃烧产物中的微粒堵塞，所以一直未能得到工程的实际使用。近年来，人们发展了一种多斜孔壁冷却（也称致密微孔壁冷却）结构，它可以看作是向发散冷却的一种逼近。与常规的气膜冷却相比，多斜孔壁结构的气膜孔密集得多，而且孔径也小得多。一般说来，对于常规的气膜冷却，气膜孔直径d=26mm，横向孔间距比p/d=26，流向孔间距比s/d=515；而对于多斜孔冷却方式，小孔直径d=0.30.7mm,孔间距p=1.0251.685mm，孔排距s=0.9054.03mm，（孔间距比p/d=25，孔排距比s/d=113），孔倾角=201204。多孔壁的传热由三部分组成，即（1）冷侧对流冷却，（2）孔内表面对流冷却，（3）热侧气膜冷却。尽管p/d和s/d的取值范围与常规的气膜冷却相当，但由于d、p和s的绝对值很小，在相同的开孔率（开孔面积与开孔前壁面积的比值）的条件下，冷流与固壁的接触面积增大，孔内对流换热将提高。另外，这种冷却结构在热侧形成的气膜更均匀，对壁面的覆盖更完全，从而明显地提高冷却效果5。2. 国内外研究现状在多斜孔壁冷却技术研究方面，国外开展较早，目前已经得到实际应用，取得了较好的效果。美国GE公司生产的GE-90发动机的燃烧室上采用了该项冷却技术，在保证壁温控制在材料的许用温度之内的前提下大大减少了所需的冷却空气量。美国军用发动机F414的燃烧室上也采用了这一冷却结构，在冷却空气用量减少40%的情况下，冷却效率仍可达到90%6。英国Rolls-Royce公司研制的RB-715发动机采用了低污染轴向台阶式燃烧室。它的最大优越性是可以有效减少航空发动机尾气中氮氧化物NOx的排放。但台阶式燃烧室需要冷却的面积比常规燃烧室增加了15%，而该发动机可用于冷却的气流量又减少了15%，这给燃烧室的冷却带来了困难7。这一难题的解决也是采用了多斜孔壁冷却结构。 近年来，为了充分利用冷却气体的冷却潜力，人们在多斜孔壁冷却结构的基础上又加以发展，引入了冲击冷却,冷却气体先对多斜孔壁冷侧进行冲击冷却，然后再在从气膜孔流出在热侧壁面形成气膜8,9。这种新型冲击多斜孔壁复合冷却结构的冷却效果在多斜孔壁基础上又有所提高。这种结构在Pratt & Whitney公司的PW 6000型发动机上已经得到成功应用。对于在冲击多斜孔复合冷却形式中，其多斜孔壁热侧壁面温度高低是其冷却效果的最直接的反映，为此，在研究冲击多斜孔壁复合冷却结构时，多斜孔壁热侧壁温测量技术是必须掌握的技术之一。以往主要采用热电偶和液晶技术来测量壁温。但由于热电偶一般只能测量一定数量离散点上的温度，不能侧得多斜孔壁热侧面复杂的温度场分布，其应用受到了限制，而液晶技术虽然可以测得温度场分布，但是其可测温度范围一般较低，不适合燃烧室壁温的测量10。而红外热像仪利用红外探测器，直接测量物体各部分发射的红外辐射能量，并可以转换得到反映物体表面温度分布的热像图，具有温度测量范围大，能够获得完整的温度场分布的优点，是适合多斜孔壁面温度测量的一项技术。2.毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法：1.研究目标冲击多斜孔壁中，在密流比一定的条件下：研究不同加热方式对燃烧室壁面温度的影响。2.研究方法采用试验研究方法进行，内容包括：（1） 研究采用电加热、燃油加热时，多斜孔壁壁面温度区别；（2） 研究在燃油量一定的条件下，油气比变化对多斜孔壁壁面温度特性的影响；（3） 研究在空气量一定的条件下，油气比变化对多斜孔壁壁面温度特性的影响；（4） 改变密流比，重复以上过程。3主要技术指标：（1）得到壁面温度分布，取其特征线上的温度进行比较；（2