侧壁有出流孔的通道流场数值模拟.pdf

第19卷第1期航空动力学报Vol119No11
2004年2月JournalofAerospacePowerFeb.2004

文章编号:100028055(2004)0120148205

侧壁有出流孔的通道流场数值模拟

蔡卫军,宋晓伟,刘松龄,刘高文
(西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072)

摘要:用商业CFD软件(Fluent6.0)对简化后的涡轮叶片冷气通道进行数值模拟,着重研究出流孔上、下游
各通道截面内的流动规律。结果表明:出流孔的抽吸作用,使得通道有孔一侧的气流速度相对较高。孔上游通
道内的气流,沿主流方向逐渐加速;流经出流孔后,通道内的流速急剧下降,甚至会出现局部低速区。计算结
果与实验测量结果符合很好,表明可以利用成熟的CFD商业软件研究该类流动现象。
关键词:航空、航天推进系统;冷气通道;涡轮叶片;抽吸作用;数值模拟
中图分类号:V23111文献标识码:A

NumericalInvestigationofFlowFieldsintheChannel
withEjectionthroughtheHolesontheWall
CAIWei2jun,SONGXiao2wei,LIUSong2ling,LIUGao2wen
(NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710072,China)
Abstract:Thecommercialsoftware(Fluent6.0)hasbeenusedtosimulatetheflowbehav2
iorsinthecoolingchannelofturbineblade.Particularattentionhasbeenpaidtotheupstream
anddownstreamregionsoftheholes.Importantaspectsofthestudyinclude:flowundergoesa
strongaccelerationandasubsequentrapiddecelerationduringpassinghole.Thepresenceofthe
holeswillreducemassfluxofthechannelandevencausealowspeedregion.Thepresentresults
showgoodconsistentwiththeexperimentaldata,sothematurecommercialsoftwarecanbeem2
ployedtostudysuchcomplexphysicalphenomena.

Keywords:aerospacepropulsionsystem;coolingchannel;turbineblade;suction;
numericalsimulation

在高性能发动机中,采用冷却技术能够有效孔流出,在叶片表面形成保护气膜,避免了高温燃
地保护其热端部件。国外在气膜冷却方面已作了气直接与其接触。由此可见,冷气通道的流动特性
较多研究[1,3,4],对气膜孔形状、方位、长径比的选直接影响着气膜孔内的冷气流动规律,进而影响
择等方面已有较全面的认识[2]。但对孔上、下游以气膜冷却效果。本文对侧壁开孔的冷气通道进行
及孔内气流的流动规律仍处于探索阶段[3～5],有详细的数值模拟,并将其与实验测量结果进行比
关涡轮冷气通道的流动规律尚未见文献发表。国较,以期能够深入了解冷气通道内的流动特性。
[6]
内对气膜冷却技术的研究也有一定基础,但关1计算模型
于冷气通道的研究几乎是空白。如图1所示,冷气
实验测量时将涡轮叶片的冷气通道简化成一
腔内的气体,经冲击孔流入冷气通道,然后从气膜

收稿日期:2003-04-02;修订日期:2003-09-16
作者简介:蔡卫军(1976-),男,江苏姜堰人,西北工业大学动力与能源学院博士生,主要从事传热、传质与计算流体力学研究.

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第1期蔡卫军等:侧壁有出流孔的通道流场数值模拟941

矩形直通道,在其侧壁上错排开设4个出流孔(如进行详细测量。本文的实验ö计算工况:ReC=1×
5
图2)。通过改变出流孔以及主通道的进气方式,10,Vr=310。
分别研究气流的流入、流出对冷气通道流场特性
的影响。沿流动方向在孔3上、下游分别等距设有
3个测量截面,各孔的相对位置、测量截面位置以

及实验坐标方向见图4。通道截面的尺寸为:LY=

6315mm,LZ=18510mm,相邻两孔X向的间距

为LX=16010mm,出流孔直径为40mm;集气腔
出