暂冲式短周期涡轮实验台非定常传热实验研究

论文摘要

采用实验和数值计算的方法,对1+1/2对转涡轮的高压动叶机匣内表面和高低压动叶之间的换热模型实验件表面的非定常传热进行了研究。实验研究依托于IET暂冲式短周期涡轮实验台。本文主要研究内容如下:1.通过对实验过程中各参数变化情况的细致分析,确定了IET暂冲式涡轮实验台实验过程中转速、膨胀比和时间平均热流率的稳定时间段以及可用于测热实验的时间段,并验证了IET暂冲式涡轮实验台在测热实验方面具有足够的稳定性;2.通过对1+1/2对转涡轮的高压动叶机匣内表面的非定常传热进行的研究,发现高压动叶机匣处表面温度发生的微小高频波动,都会引起很大的高频热流分量;3.对1+1/2对转涡轮高低压动叶之间的换热模型实验件表面的非定常传热进行了实验研究,并利用两种CFD软件对实验条件下的流动和传热进行了二维和三维数值模拟,实验和计算的时间平均结果在定性上符合,合理解释了实验和计算中的一些现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 短周期涡轮实验技术的发展
• 1.2.1.1 短周期涡轮实验技术概述
• 1.2.1.2 国内外短周期涡轮实验技术的发展
• 1.2.2 短周期涡轮实验台的分类及其工作原理
• 1.2.3 短周期实验技术在涡轮传热研究中的应用状况
• 1.2.3.1 国外状况
• 1.2.3.2 国内状况
• 1.3 本文工作
• 第二章 瞬态热流的测量原理及数据处理简介
• 2.1 引言
• 2.2 单膜热流计的热流关系式
• 2.3 单膜热流计的无因次厚度
• 2.4 单膜热流计测量表面温度
• 2.5 单膜热流计的数据处理
• 2.5.1 数值计算方法
• 2.5.2 网络模拟法
• 2.6 本章小结
• 第三章 IET暂冲式涡轮实验装置
• 3.1 引言
• 3.2 IET暂冲式涡轮实验台的构造、控制系统及实验过程
• 3.2.1 实验台的构造
• 3.2.2 实验台的控制系统
• 3.2.3 短周期涡轮实验台的实验过程
• 3.3 实验采集系统及测试工具
• 3.3.1 总参数采集系统
• 3.3.2 高频响采集系统
• 3.3.3 测试工具
• 3.4 实验件布局及测试传感器分布
• 3.4.1 实验件布局
• 3.4.2 总参数测量传感器分布
• 3.4.3 换热测量传感器分布
• 3.5 本章小结
• 第四章 实验测量及数据处理
• 4.1 引言
• 4.2 实验不确定度分析
• 4.2.1 涡轮性能测试结果的不确定度预估
• 4.2.1.1 涡轮性能测试方法
• 4.2.1.1.1 涡轮功率的测量方法
• 4.2.1.1.2 质量流量的测量方法
• 4.2.1.1.3 等熵总焓降的测量方法
• 4.2.1.3 性能测试结果的不确定度预估
• 4.2.2 测量热流的不确定度预估
• 4.3 实验过程中各参数的变化及测试工况的选择
• 4.3.1 实验过程中各参数的变化
• 4.3.2 测热数据处理方法及表面温度和热流率在实验过程中的变化
• 4.3.2.1 测热数据处理方法
• 4.3.2.2 表面温度和热流率在实验过程中的变化
• 4.3.3 测试工况的选择
• 4.4 实验重复性验证
• 4.4.1 工况I实验重复性验证
• 4.4.2 工况II实验重复性验证
• 4.5 高压动叶机匣换热测试结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 数值模拟及与实验的对比分析
• 5.1 引言
• 5.2 二维数值模拟
• 5.2.1 工况I二维数值模拟结果
• 5.2.1.1 时间平均结果及比较
• 5.2.1.2 实时结果及比较
• 5.2.2 工况II二维数值模拟结果
• 5.2.2.1 时间平均结果及比较
• 5.2.2.2 实时结果及比较
• 5.3 三维数值模拟
• 5.3.1 工况I三维数值模拟结果
• 5.3.1.1 时间平均结果及比较
• 5.3.1.2 实时结果及比较
• 5.3.2 工况II三维数值模拟结果
• 5.3.2.1 时间平均结果及比较
• 5.3.2.2 实时结果及比较
• 5.4 关于实验与数值模拟的一些分析
• 5.4.1 关于换热模型实验件形状对换热影响的分析
• 5.4.2 关于数值模拟与实验对比的分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 工作总结及创新点
• 6.2 研究展望
• 主要符号对照表
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢