中心进气旋转盘的冷却效果实验研究充磁机
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中心进气旋转盘的冷却效果实验研究
中心进气旋转盘的冷却效果实验研究 2011年12月09日 来源： 中图分类号：TK17 文献标识码：A文章编号：1001－2060（2000）03－0260-04Experimental Study of the Cooling Effectiveness of a Rotating Disc with a Central Cooling-air FeedXu Guoqiang Ding Shuiting Tao Zhi（Power Engineering Department under the Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing, China, Post Code 100083）With regard to the cooling of turbine engine high-temperature components it is essential to meet the following main requirements: a minimal overall temperature of the hot components and a minimal temperature difference within the various parts of the hot components. In view of the foregoing one has to address the above-cited main requirements in addition to the study of convection heat transfer factor of the disc surface. In the present paper an engine turbine disc has been simplified to a rotating disc model with a central cooling-air feed. Under this simplification an experimental study is conducted of the effect of rotating Reynolds number, air inlet Reynolds Number, disc cowl clearance ratio and outlet air clearance ratio on the non-dimensional excessive body average temperature and non-dimensional radial temperature difference. In addition, a relevant criterion relation has also been given in the paper. Key words: rotating disc, heat exchange, non-dimensional excessive body average temperature, non-dimensional radial temperature difference1 前言 由于结构要求，许多发动机涡轮盘的冷却系统仍采用冷气从静止机匣流出直接冲击涡轮盘的中心区域这一冷却结构。长期以来国内外对转盘附近冷气的流动与换热进行了大量的实验研究，并有一定的理论分析及数值计算，取得了一些有意义的结果，这些研究结果基本上都是给出了盘面平均换热系数［1～5］。本文将用实验的方法对中心进气旋转盘的冷却效果进行研究。 对涡轮发动机热部件冷却的主要指标有①要求热部件的总体温度尽可能低，以满足金属材料的各项强度指标；②热部件内部的温差尽可能小。 在本实验研究中总体温度tav水平用体平均温度与冷气温度之差反映，即转盘的过余体平均温度；温差主要用外缘轴向平均温度和中心轴向平均温度之差t2-t1(t1、t2分别为转盘外缘轴向平均温度和转盘中心轴向平均温度)反映，文献［6］通过引入特征温差得到转盘的无量纲过余体平均温度av和无量纲径向温差Δ。无量纲几何参数) (1)无量纲几何参数) (2) 文献［6］引入了涡轮盘平均冷却效率，其定义式可表示为： (3) 由上式可以看出冷却效率越高，转盘的总体平均温度越低，因此冷却效率可以直观地反映涡轮盘的冷却程度。以上各式中的准则数为：进气雷诺数普朗特数旋转雷诺数2 实验装置 为使研究得以简化和使研究结果具有一定的通用性，将实际发动机涡轮盘简化成图1所示的中心进气模型。冷气从静止罩的中心进入腔体冲击旋转盘，然后折转径向外流，在转盘的边缘流出腔体。热量自转盘的边缘加入，从转盘的迎