进气横流对前缘冲击流量系数的影响.pdf

中国航空学会第十三届燃烧与传热传质专业学术讨论会 CSAA2005．PC-034 进气横流对前缘冲击流量系数的影响 刘高文原和朋朱惠人许都纯 (西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072) 联系电话：02988492746E-maih gwliu@nwpu．edu．cn 摘要：对靶面为圆弧面的单孔前绦冲击流量系数进行了实验测量．通过改变进气横流和单 孔射流问的速比太小来模拙一排冲击孔中各扎实际所感受横流的不局。研究了7L雷诺数和 进气横流速比对流量系数的影响，孔雷诺数范围：15万～4．o万，横流速比范围：0～0孔 结果显示冲击孔流量系数随孔雷诺数的增大而增丈，屉大增幅7％左右；随横流速比的增大 丽线性减小。擐大减幅15％左右。由实验数据得到了冲击孔流量系数分别与孔雷诺数和横 流速比的经验关系式。 关键词：冲击流量系数横流前缘冲击 1．引言 冲击强化冷却是发动机热端部件的重要冷却方式，其换热特性和流动特性在设计中具 有重要作用。靶面为圆弧面的冲击冷却主要应用在导叶和动叶的前缘冷却中。图l为动 叶的典型冷却结构，在叶片前部，冷气从叶根进入前腔后向叶顶流动．在这个过程中逐 渐她有冷气通过冲击孔进入前缘内腔，随后部分地从气膜孔排出。部分地鼠叶顶流出。 相对于轴向流动的冲击射流，前腔中冷气的径向流动是一种进气横流，前缘内腔中气流 的径向流动是一种出气横流，这两种横流对冲击 冷却的换热和流动特性都有较大的影响。由于一 排径向冲击孔中每个孔所感受的横流大小都不相 同，因此每个冲击孔受横流的影响也有所不同。 本文目的就是针对一个单一的冲击孔，研究迸气 横流对孔流量系数的影响，不同的横流大小就代 表了一排孔中不同的个孔所感受的横流。 文献111对靶面为平板的阵列冲击孔研究了出气 横流对流量系数的影响，发现流量系数会随横流 的增大而显著降低。文献”剐发现进气横流和出气 横流使气膜孔的流量系数也明显减小。文献H封 测量了叶片型面不同位置气膜冷却孔的流量系 数，发现随着吹风比的增大(出气横流速比的减 小)，流量系数明显增大。文献坤叫对靶面为圆弧 面的前缘冲击进行了详细的换热实验，得到了不 同雷诺数下光滑靶面和各种粗糙表面的冲击换热 系数。本文的前缘冲击流量系数实验的几何尺寸 图I典型的涡轮动叶冷却结构 中国航空学会第十三届燃烧与传热传质专业学术讨论会 CSAA2005·PC一034 和流动参数就参考了文献9“的实验。 2．实验 2．1实验装置与测量 流量系数实验在一个小型风洞上进行，如图2所示。来自压气机的高压气体经过一 个调节阀，进入横截面为梯形的进气腔，在进气腔中部的下壁面(冲击板)上有一个冲 击孔，部分气流由这个孔进入冲击腔而形成射流冲击，进气腔中的其余气体跨流过冲击 孔以形成横流，并从右端的出气孔流出，经过浮子流量计1和一个调节阀后排大气，以 调节和测量横流的流量；进入冲击腔的气体也从右端流出．并通过流量计2和一个调节 阀来测量和调节流过冲击孔的流量。冲击腔的横截面为近似的梯形，其下表面(冲击靶 面)被～个圆柱面代替。以近似地模拟叶片前缘圆柱体的内表面。 冲击孔孔径D为12．5mm，孔长0．96D，孔出口中心距圆弧面的冲击距离为3．98D， 冲击孔横截面积^为122，7ram2．进气腔横截面积为26．州，，冲击腔横截面积为15．纠，。 在冲击孔上游8D截面的进气腔上壁面中部开设了一个静压测孔，冲击孔的进气总 压就等于该静压加上流过该截面的平均速度头(由流量得到截面平均速度)。在位于冲 击孔出口中心截面的冲击腔上壁面上，靠近两侧壁的流动死角处各打了一个静压测孔， 取其平均作为孔出口静压。在每个流量计的出口也测量了静压以用于体积流量修正。气 流温度在风洞中视为不变，并由一个水银温度计在进气腔入口处测得。 圈2前缘冲击冷却实验装置 2．2实验参数 孔雷诺数定义为： =二