论文题目: 热敏液晶测温技术及其在平板气膜冷却实验中的应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程热物理
作者: 韩振兴
导师: 刘石
关键词: 热敏液晶测温,色调,气膜冷却,长径比,射流注入角,复合角
文献来源: 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 作为一种有效测温手段,热敏液晶测温技术在国外已被大量应用于传热领域的研究。在国内这项技术处于起步阶段。热敏液晶测温技术具有测量精度高、响应速度快、适合对流换热面温度测量等优点。在本文中,以美国Hallcrest公司生产的SPN/R35C10W型可喷涂热敏液晶材料为基础,建立了基于色调技术的热敏液晶定量测温系统,并把其应用于平板气膜冷却实验中。 热敏液晶所呈现色彩的色调与温度之间的关系可以用六次多项式进行拟合。经误差分析测量精度在95%置信区间内可达0.8℃。实验研究表明相机轴线和待测平面法线之间夹角是影响标定数据分布的重要因素,在央角小于30°的条件下,可以忽略其带来的影响。在有效测温区间内,不同的光强条件对标定数据的影响可以忽略,光强设定应以取得良好色彩呈现效果为佳。热敏液晶在重新喷涂或者放置一段时间后,为提高测量精度应对其进行重新标定。 气膜冷却是燃气轮机涡轮叶片的一种重要冷却方法。在建立平板气膜冷却实验台的基础上,应用热敏液晶测量技术测量射流孔下游的壁面温度分布。本文中讨论了不同吹风比、不同射流孔长径比、不同射流注入角、不同复合角条件等因素对射流孔下游冷却特性的影响。绝热气膜冷却效率被作为衡量不同条件下气膜冷却性能优劣的重要参数。 在低吹风比条件下,与主流相比,射流动量较低。受主流影响,射流容易贴附在射流孔下游表面,射流孔近孔区域取得良好的冷却效果。高吹风比条件下,由于射流动量较高,在冷却孔下游容易发生“吹离”和“再附”现象。在低射流孔长径比条件下(L/D=2),由于射流未能在孔内充分发展,不同吹风比条件下射流孔下游冷却效率等值线的分布特点相似。通过设置不同的射流注入角条件来考察不同垂直方向速度分量对射流孔下游冷却特性的影响。即使在只有垂直方向速度的条件下,低吹风比时冷却孔下游近孔区域等值线依然呈现锥形分布的特点。高吹风比条件下,等值线近似直线分布。通过引入不同复合角考察在存在横向速度分量的条件下对射流孔下游冷却特性的影响。实验结果显示复合角条件下的冷却性能要优于简单角条件,孔间区域获得了较好的冷却效果。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
符号表
第一章 引言
1.1 燃气轮机叶片冷却技术
1.2 不同温度测量方法比较
1.3 热敏液晶测温原理
1.4 文献综述
1.4.1 液晶测温技术的发展
1.4.2 液晶测温技术在气膜冷却实验研究中的应用
1.5 本文的研究背景和意义
1.6 本文的主要工作
第二章 热敏液晶彩色图像处理系统
2.1 引言
2.2 热敏液晶图像判读的视觉原理
2.3 彩色模型理论
2.4 热敏液晶图像采集硬件系统
2.5 热敏液晶图像采集软件系统
第三章 热敏液晶标定及影响因素分析
3.1 引言
3.2 实验装置说明
3.3 不同相机视角的影响
3.4 不同光强条件的影响
3.5 不同喷涂条件的影响
3.6 放置时间对标定数据的影响
3.7 实验标定数据的曲线拟合及误差分析
3.7.1 标定曲线的拟合
3.7.2 误差分析
3.8 本章小结
第四章 平板气膜冷却实验台及测量理论
4.1 引言
4.2 实验台的组成
4.3 气膜冷却特性稳态测量理论
4.4 h和θ线性相关的验证
4.5 气膜冷却测试实验
4.6 与其它公开发表文献实验数据对比
4.7 本章小结
第五章 吹风比对典型结构平板气膜冷却特性的影响
5.1 引言
5.2 实验条件说明
5.3 气膜冷却效率分布对比
5.4 换热系数分布对比
5.5 误差分析
5.6 本章小结
第六章 不同射流孔长径比对平板气膜冷却特性的影响
6.1 引言
6.2 实验条件说明
6.3 气膜冷却效率分析
6.3.1 射流孔下游气膜冷却效率分布对比
6.3.2 沿射流孔中线方向气膜冷却效率对比
6.3.3 横向平均气膜冷却效率对比
6.4 换热系数分析
6.4.1 射流孔下游换热系数分布对比
6.4.2 沿射流孔中线方向换热系数对比
6.4.3 横向平均换热系数对比
6.5 不同长径比条件下吹风比对气膜冷却特性的影响
6.5.1 吹风比对气膜冷却效率的影响
6.5.2 吹风比对换热系数的影响
6.6 本章小结
第七章 不同射流注入角条件对平板气膜冷却特性的影响
7.1 引言
7.2 实验条件说明
7.3 气膜冷却效率对比分析
7.3.1 射流孔下游气膜冷却效率分布对比
7.3.2 沿射流孔中线方向气膜冷却效率对比
7.3.3 射流孔下游横向平均气膜冷却效率对比
7.4 换热系数对比分析
7.4.1 射流孔下游换热系数分布对比
7.4.2 沿射流孔中线方向换热系数对比
7.4.3 射流孔下游横向平均换热系数对比
7.5 不同射流注入角条件下吹风比对气膜冷却特性的影响
7.5.1 吹风比对气膜冷却效率的影响
7.5.2 吹风比对换热系数的影响
7.6 本章小结
第八章 不同复合角条件对气膜冷却特性的影响
8.1 引言
8.2 实验条件说明
8.3 气膜冷却效率对比分析
8.3.1 射流孔下游气膜冷却效率分布对比
8.3.2 横向平均气膜冷却效率对比
8.3.3 射流孔下游相同位置处冷却效率分布对比
8.4 换热系数分布特性
8.4.1 射流孔下游换热系数分布对比
8.4.2 射流孔下游横向平均换热系数对比
8.5 不同复合角条件下吹风比对气膜冷却特性的影响
8.5.1 吹风比对横向平均气膜冷却效率的影响
8.5.2 吹风比对横向平均换热系数的影响
8.6 本章小结
第九章 结论与展望
9.1 结论
9.2 未来工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表和已投稿论文
致谢
发布时间: 2006-08-10
参考文献
- [1].透平叶片气膜冷却及冷气掺混损失研究[D]. 林晓春.中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)2018
- [2].不同湍流强度下热障涂层对导向叶片气膜冷却影响的数值研究[D]. Prasert Prapamonthon.中国科学技术大学2017
- [3].燃气轮机高温部件对流/导热/辐射耦合的流动传热机理研究[D]. 王文萍.清华大学2012
- [4].正弦型波纹壁面气膜冷却研究[D]. 常国强.南京航空航天大学2012
- [5].气膜孔几何结构对涡轮叶片气膜冷却的影响研究[D]. 戴萍.哈尔滨工程大学2010
- [6].燃气透平叶片气膜冷却设计及多场耦合分析[D]. 王湛.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2012
- [7].透平静叶前缘气膜冷却特性的研究[D]. 刘捷.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2008
- [8].透平叶栅环境下气膜冷却流动传热机理研究[D]. 秦晏旻.清华大学2015
- [9].燃气轮机透平冷却结构作用机制与设计优化方法[D]. 迟重然.清华大学2014
- [10].涡轮静叶复合角度气膜冷却流动的数值与实验研究[D]. 张玲.华北电力大学（北京）2010
相关论文
- [1].涡轮叶片气膜冷却孔绕流的实验与数值模拟研究[D]. 梁俊宇.华北电力大学2012
- [2].燃气轮机透平气膜冷却机理的实验与理论研究[D]. 李佳.清华大学2011
- [3].燃气透平叶片气膜冷却设计及多场耦合分析[D]. 王湛.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2012
- [4].透平静叶前缘气膜冷却特性的研究[D]. 刘捷.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2008
- [5].单排气膜和多孔全覆盖气膜冷却研究[D]. 杨成凤.南京航空航天大学2009
- [6].气膜孔几何结构对涡轮叶片气膜冷却的影响研究[D]. 戴萍.哈尔滨工程大学2010
- [7].蒸汽及燃气透平内部真实气体流动问题的研究[D]. 林智荣.清华大学2005
- [8].1+1/2对转涡轮流动特性分析及其气膜冷却流动机理研究[D]. 张惠.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2008