高　媛，　葛利順，　王宏光，　韓鐵鷹

(1．上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200093；2.上海市動(dòng)力工程多相流動(dòng)與傳熱重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200093;3．中電投珠海橫琴熱電有限公司，廣東珠海 519031)

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振動(dòng)平板單孔氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)研究

高媛1,2，葛利順1,2，王宏光1,2，韓鐵鷹3

(1．上海理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200093；2.上海市動(dòng)力工程多相流動(dòng)與傳熱重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200093;3．中電投珠海橫琴熱電有限公司，廣東珠海 519031)

基于高溫風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)，采用紅外熱成像技術(shù)和機(jī)械振動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)振動(dòng)平板單孔氣膜冷卻特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.測(cè)量吹風(fēng)比在0.4～1.8范圍內(nèi)，靜態(tài)以及振動(dòng)狀態(tài)下的氣膜冷卻效果，并分析了振幅(0～5 mm)和頻率(0～20 Hz)等因素對(duì)氣膜冷卻效果的影響.結(jié)果表明：振動(dòng)會(huì)削弱氣膜冷卻效果；與頻率相比，振幅對(duì)氣膜冷卻效果的影響更大；隨著吹風(fēng)比的增大，同一振動(dòng)對(duì)氣膜冷卻效果的影響變?。活l率不同的振動(dòng)對(duì)氣膜冷卻效果的影響相近，在X/D=5～10內(nèi)，平均有效溫比降低約3%；振幅不同的振動(dòng)對(duì)氣膜冷卻效果的影響是相近的，在X/D=5～10內(nèi)，平均有效溫比降低約5%.

氣膜冷卻； 振動(dòng)； 氣膜有效溫比； 頻率； 實(shí)驗(yàn)研究

氣膜冷卻是一種應(yīng)用廣泛的冷卻技術(shù)，通過(guò)在高溫部件表面開(kāi)設(shè)小孔，將冷卻介質(zhì)通過(guò)小孔以橫向射流形式注入主流中，在主流的壓迫作用下，射流彎曲并覆蓋于高溫部件表面，形成一個(gè)低溫氣膜，從而對(duì)高溫部件起到隔熱和冷卻作用[1].透平葉片采用氣膜冷卻后，可以提高透平進(jìn)口燃?xì)鉁囟?，從而提高機(jī)組熱效率，增大比功.通常影響氣膜冷卻效果的因素有：氣膜孔的氣動(dòng)參數(shù)、氣膜孔的幾何參數(shù)、葉片的幾何參數(shù)和其他因素[2-5].Burdet等[6]研究了近氣膜孔出口的壓力脈動(dòng)對(duì)平板氣膜冷卻的影響.透平葉片氣膜冷卻噴射流脈動(dòng)是由近氣膜孔出口處的壓力脈動(dòng)造成的，而壓力脈動(dòng)是由動(dòng)靜轉(zhuǎn)子相互作用引起的.經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氣膜孔出口附近壓力的脈動(dòng)會(huì)影響吹風(fēng)比，進(jìn)而影響噴射流下游氣膜冷卻的效果.Babaee等[7]采用隨機(jī)配置吹風(fēng)比-直接數(shù)值模擬的方法研究了不穩(wěn)定吹風(fēng)比對(duì)平板氣膜冷卻效率的影響.McClintic等[8]研究了內(nèi)部橫向流對(duì)復(fù)合角度氣膜冷卻絕熱有效度的影響，結(jié)果顯示帶有橫向流的絕熱有效度明顯比一般靜態(tài)的值大.

振動(dòng)能夠強(qiáng)化傳熱，各國(guó)學(xué)者對(duì)振動(dòng)強(qiáng)化傳熱這一問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究[9-11].林宗虎等[12]系統(tǒng)總結(jié)了振動(dòng)強(qiáng)化傳熱問(wèn)題的研究結(jié)果，表明換熱表面的振動(dòng)可以將自然對(duì)流的傳熱系數(shù)增大30%～2 000%，可以使強(qiáng)制對(duì)流的傳熱系數(shù)增大20%～400%.王一平等[13]對(duì)平板在振動(dòng)條件下的傳熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了低速流體交錯(cuò)流過(guò)振動(dòng)平板(冷熱氣體在平板兩側(cè)交錯(cuò)流動(dòng))時(shí)的傳熱性能，結(jié)果顯示振動(dòng)能夠提高換熱板的傳熱系數(shù)，與靜態(tài)平板相比，其傳熱效率隨冷熱氣體進(jìn)口溫差的增大變化趨向平緩；相比于頻率，振幅對(duì)傳熱效果的影響更大.

燃?xì)廨啓C(jī)透平動(dòng)葉片由金屬材料制成，在靜葉尾跡、氣流沖擊和轉(zhuǎn)子不平衡等多種因素的激勵(lì)下，其工作時(shí)處于振動(dòng)狀態(tài).透平動(dòng)葉片振動(dòng)會(huì)強(qiáng)化傳熱，因此研究葉片振動(dòng)對(duì)透平動(dòng)葉片冷卻的影響是葉片冷卻技術(shù)研究中值得關(guān)注的問(wèn)題，對(duì)完善葉片冷卻設(shè)計(jì)有參考價(jià)值.

由于透平動(dòng)葉片是在高溫、高速的燃?xì)饬鲃?dòng)環(huán)境中工作，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件無(wú)法建立這樣的燃?xì)饬鲃?dòng)環(huán)境；實(shí)際葉片的振動(dòng)頻率很高(一階頻率在幾百到幾千赫茲)，也給測(cè)量帶來(lái)了困難；實(shí)際葉片表面形狀復(fù)雜，影響其冷卻效果的因素很多.筆者將實(shí)際振動(dòng)葉片多排孔氣膜冷卻簡(jiǎn)化為振動(dòng)平板單孔氣膜冷卻，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的氣流溫度、氣流速度、頻率和振幅等參數(shù)下研究振動(dòng)對(duì)平板氣膜冷卻的影響.

1　實(shí)驗(yàn)裝置

1.1實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞

圖1為氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖.實(shí)驗(yàn)在具有排氣能量回收利用功能的風(fēng)洞中進(jìn)行，該風(fēng)洞為開(kāi)路、直流吹風(fēng)式高溫低速風(fēng)洞，由氣-氣換熱器、電加熱器、擴(kuò)散段、蜂窩器、穩(wěn)定段、收縮段以及連接通道等組成.

由離心式鼓風(fēng)機(jī)9提供流量可控的壓縮空氣進(jìn)入到氣-氣換熱器10，利用排氣余熱預(yù)熱，然后進(jìn)入電加熱器11，被加熱的空氣進(jìn)入風(fēng)洞12，流經(jīng)擴(kuò)散段、蜂窩器，然后進(jìn)入穩(wěn)壓段及收縮段，速度穩(wěn)定后進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)段.冷氣由螺桿式空氣壓縮機(jī)1提供，流經(jīng)儲(chǔ)氣罐2、冷干機(jī)3和空氣濾清器4后，由氣體流量計(jì)5控制冷氣流量.從實(shí)驗(yàn)段流出的氣體再進(jìn)入氣-氣換熱器10預(yù)熱，最后流入煙囪14中完成一個(gè)循環(huán).

1—螺桿式空氣壓縮機(jī)；2—儲(chǔ)氣罐；3—冷干機(jī)；4—空氣濾清器；5—?dú)怏w流量計(jì)；6—機(jī)械振動(dòng)機(jī)構(gòu)；7—轉(zhuǎn)速儀；8—紅外熱像儀；9—離心式鼓風(fēng)機(jī)；10—?dú)?氣換熱器；11—電加熱器；12—風(fēng)洞；13—電子控制裝置；14—煙囪.

圖1氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖

Fig.1Experimental system for measurement of film cooling effectiveness

1.2實(shí)驗(yàn)段與機(jī)械振動(dòng)機(jī)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)段為一長(zhǎng)方形通道，長(zhǎng)×寬×高為400 mm×100 mm×60 mm，由厚度為5 mm的不銹鋼鋼板焊接加工而成.實(shí)驗(yàn)通道在距離進(jìn)口端70 mm處的上下端面各開(kāi)一個(gè)82 mm×130 mm大小的窗口，上端面窗口為紅外透射窗口，下端面窗口用于安裝振動(dòng)平板.

紅外透射窗口是一塊鑲嵌有直徑為50 mm的藍(lán)寶石玻璃的不銹鋼板.實(shí)驗(yàn)時(shí)，紅外熱像儀通過(guò)該藍(lán)寶石玻璃窗口采集氣膜孔周圍的溫度數(shù)據(jù).

振動(dòng)平板放在實(shí)驗(yàn)段下端面窗口上，振動(dòng)平板下方連接機(jī)械振動(dòng)機(jī)構(gòu)6，可使振動(dòng)平板以設(shè)定的振幅及頻率上下振動(dòng).振動(dòng)平板由不銹鋼材料制成，厚度為5 mm，中心線上鉆有一個(gè)直徑D=4 mm、朝主流方向傾斜35°的射流孔，在孔的下方焊有一內(nèi)徑為6 mm、外徑為10 mm的不銹鋼鋼管，供冷氣導(dǎo)入.振動(dòng)平板下方焊有一塊T形支撐鋼板，用以傳遞來(lái)自電機(jī)的動(dòng)力，使平板上下振動(dòng).振動(dòng)平板上方需噴涂一層耐高溫、發(fā)射率為0.95的黑色啞光漆，以便更好地進(jìn)行溫度測(cè)量.在振動(dòng)平板的下方以及實(shí)驗(yàn)段通道的外部噴涂一層耐高溫隔熱保溫涂料，涂完保溫涂料后再在外部包裹一層絕熱石棉，以便對(duì)振動(dòng)平板下方進(jìn)行有效絕熱.在振動(dòng)平板下方氣膜孔前12 mm、孔后8 mm和40 mm中心線上打沉孔并布置3個(gè)熱電偶(如圖2所示)，用以標(biāo)定紅外熱像儀.

圖2　標(biāo)定熱電偶的位置Fig.2　Positioning and calibration of thermocouples

機(jī)械振動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由直流電機(jī)、調(diào)速器、可調(diào)偏心距的圓盤(pán)、振動(dòng)桿、直線軸承和支撐架等組成，實(shí)驗(yàn)段簡(jiǎn)圖如圖3所示.

圖3　實(shí)驗(yàn)段簡(jiǎn)圖Fig.3　Schematic diagram of the test section

2　實(shí)驗(yàn)測(cè)量

實(shí)驗(yàn)主要測(cè)量位置在斷面a-a和斷面b-b處，如圖1所示.斷面a-a處主要由氣體流量計(jì)來(lái)測(cè)量和控制冷卻氣體的流量和溫度，斷面b-b處由皮托管測(cè)量和計(jì)算主流速度并通過(guò)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率來(lái)控制主流速度，斷面b-b處采用鎧裝熱電偶來(lái)測(cè)量主流溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器控制主流溫度.

振動(dòng)平板表面溫度測(cè)量設(shè)備為日本NEC公司所生產(chǎn)的TH5104R紅外熱像儀，設(shè)備的工作波段為3～5.3 μm，測(cè)量溫度范圍為-10～800 °C，溫度分辨率為0.1 K，測(cè)量精度為±1.0%.通過(guò)紅外熱像儀可以測(cè)得振動(dòng)平板上的二維溫度分布.

射流流量由美國(guó)Alicat科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為ALIMAN16C的單向氣體流量計(jì)進(jìn)行控制，量程為50 L/min，精度為±0.8%×讀數(shù)±0.2%×滿量程.

測(cè)量主流溫度的熱電偶采用上海美凱友迪儀表有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為WRNK-233的鎧裝熱電偶(K分度號(hào))，熱電偶的材質(zhì)為鎳鉻-鎳硅，測(cè)量范圍為0～800 ℃.若在5 min之內(nèi)熱電偶讀數(shù)的波動(dòng)幅度小于±0.2 K，則認(rèn)為系統(tǒng)溫度達(dá)到穩(wěn)定；主流溫度穩(wěn)定在463 K.

用來(lái)標(biāo)定紅外熱像儀的熱電偶型號(hào)為WRN-104，K分度號(hào)，測(cè)量范圍為0～1 000 ℃.圖4給出了紅外熱像儀的標(biāo)定曲線.從圖4可以看出，紅外熱像儀顯示的溫度略低于熱電偶測(cè)得的溫度.出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是紅外熱像儀在測(cè)量過(guò)程中會(huì)受到振動(dòng)平板表面發(fā)射率、反射率、紅外玻璃透射率和大氣環(huán)境等多種因素的影響.

圖4　紅外熱像儀標(biāo)定曲線Fig.4　Calibration curves of the infrared thermography

通過(guò)電子控制設(shè)備調(diào)節(jié)離心式鼓風(fēng)機(jī)的輸入電流頻率，控制其葉片旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而控制輸入風(fēng)量即主流流量；通過(guò)直流電機(jī)調(diào)速器控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制振動(dòng)平板的頻率；通過(guò)調(diào)節(jié)偏心圓盤(pán)的偏心距來(lái)調(diào)節(jié)振動(dòng)平板的振幅.

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與分析

氣膜有效溫比η定義為

(1)

式中：T∞為主流溫度；Tw為絕熱壁溫；Tj為冷卻射流溫度.

吹風(fēng)比λ定義為冷卻射流與主流氣體的密流之比

(2)

式中：ρj為冷卻射流密度；uj為冷卻射流速度；ρ∞為主流氣體密度；u∞為主流氣體速度.

筆者以射流孔中心為采集數(shù)據(jù)的坐標(biāo)原點(diǎn)O，定義沿主流流動(dòng)方向?yàn)閄坐標(biāo)方向，在振動(dòng)平板所在平面且垂直于X坐標(biāo)方向的為Z坐標(biāo)方向，垂直于振動(dòng)平板所在平面的為Y坐標(biāo)方向.D為射流孔直徑.

3.1頻率對(duì)氣膜有效溫比的影響

在振動(dòng)平板振幅相同的條件下進(jìn)行不同頻率的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)工況如表1所示.

表1　不同轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)工況

圖5為靜態(tài)及不同頻率下瞬態(tài)氣膜孔周圍溫度分布的紅外熱像圖.從圖5不難發(fā)現(xiàn)，相比靜態(tài)，振動(dòng)情況下的冷卻氣流對(duì)氣膜孔周圍壁面的冷卻范圍有所減小；頻率對(duì)氣膜孔周圍壁面的冷卻效果影響相差不大.振動(dòng)能夠強(qiáng)化冷熱氣體之間的傳熱傳質(zhì)，使得冷卻氣體與主流氣體之間的傳熱傳質(zhì)增強(qiáng)，因此在振動(dòng)平板振動(dòng)時(shí)，冷卻氣流對(duì)氣膜孔周圍壁面的冷卻效果下降.

圖6為靜態(tài)及不同頻率下沿主流方向氣膜孔中心線上的氣膜有效溫比曲線.由圖6可知，振動(dòng)情況下的氣膜有效溫比低于靜態(tài)情況下的氣膜有效溫比；在本實(shí)驗(yàn)的頻率范圍內(nèi)，不同頻率的振動(dòng)對(duì)氣膜有效溫比的影響值相差小于5‰；振動(dòng)條件下的氣膜有效溫比曲線較靜態(tài)時(shí)并沒(méi)有很大差異，曲線的變化趨勢(shì)一致.在X/D=5處(X/D為主流氣體流動(dòng)方向坐標(biāo)值與射流孔直徑之比)，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)降低3.2%左右；在X/D=10處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)降低3.1%左右.

開(kāi)發(fā)任何一種信息管理系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行環(huán)境都有一定的要求。在開(kāi)發(fā)時(shí)，開(kāi)發(fā)人員選擇系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工具，往往也會(huì)影響到開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)進(jìn)度的快慢。有時(shí)，一個(gè)很不適合的開(kāi)發(fā)工具，在程序調(diào)試時(shí)，會(huì)花費(fèi)大量的人力。下面從開(kāi)發(fā)本設(shè)計(jì)模塊時(shí)用到的軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

3.2振幅對(duì)氣膜有效溫比及溫度的影響

在振動(dòng)平板頻率相同的條件下，進(jìn)行不同振幅

(a) 靜態(tài)

(b) f=3.33 Hz

(c) f=10.00 Hz

(d) f=16.67 Hz圖5　靜態(tài)及不同頻率下的紅外熱像圖

Fig.5Infrared thermal images at steady state and different frequencies of vibration

圖6　靜態(tài)及不同頻率下的氣膜有效溫比曲線

Fig.6Curves of effective temperature ratio at steady state and different frequencies of vibration

下的冷卻實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)工況如表2所示.圖7為靜態(tài)及不同振幅下氣膜孔周圍溫度分布的紅外熱像圖.由圖7可知，振動(dòng)情況下的冷卻氣流對(duì)氣膜孔周圍的冷卻范圍有所減小，且不同振幅下的冷卻氣流對(duì)氣膜孔周圍壁面的冷卻效果相差不大.不同振幅的振動(dòng)對(duì)氣膜孔周圍壁面冷卻效果類似于不同頻率振動(dòng)的冷卻效果.

表2不同振幅實(shí)驗(yàn)工況

Tab.2Experimental conditions at different amplitudes of vibration

振幅/mm頻率/Hz吹風(fēng)比主流溫度/K射流溫度/K主流質(zhì)量流量/(g·s-1)射流質(zhì)量流量/(g·s-1)1101.0463295.31213.9040.4482101.0463294.89213.9040.4483101.0463295.38213.9040.4484101.0463295.37213.9040.4485101.0463295.42213.9040.448

(a) 靜態(tài)

(b) A=1 mm

(c) A=3 mm

(d) A=5 mm圖7　靜態(tài)及不同振幅下的紅外熱像圖

Fig.7Infrared thermal images at steady state and different amplitudes of vibration

圖8為靜態(tài)及不同振幅條件下沿主流方向氣膜孔中心線上的氣膜有效溫比曲線.由圖8可知，振動(dòng)情況下的氣膜有效溫比低于靜態(tài)時(shí)的氣膜有效溫比，且不同振幅的振動(dòng)對(duì)氣膜有效溫比的影響相近.不同振幅振動(dòng)的氣膜有效溫比曲線較靜態(tài)時(shí)沒(méi)有發(fā)生很大波動(dòng)，曲線變化趨勢(shì)大致相同.在X/D=5處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)降低4.8%左右；在X/D=10處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)降低5.1%左右.

圖8　靜態(tài)及不同振幅下的氣膜有效溫比曲線

Fig.8Curves of effective temperature ratio at steady state and different amplitudes of vibration

通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，振幅較頻率對(duì)氣膜有效溫比的影響更大.在本實(shí)驗(yàn)的頻率及振幅范圍內(nèi)，頻率對(duì)氣膜有效溫比的影響在3%左右；振幅對(duì)氣膜有效溫比的影響在5%左右.

3.3振動(dòng)對(duì)不同吹風(fēng)比下氣膜有效溫比及溫度的影響

在振動(dòng)平板的頻率和振幅不變的條件下，進(jìn)行不同吹風(fēng)比下的氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)如表3所示.

表3　不同吹風(fēng)比下氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)工況

圖9為不同吹風(fēng)比下靜態(tài)與振動(dòng)時(shí)沿主流方向氣膜孔中心線上的氣膜有效溫比曲線圖.從圖9可以看出，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比低于靜態(tài)時(shí)的氣膜有效溫比，且隨著吹風(fēng)比的增大，振動(dòng)對(duì)氣膜有效溫比的影響變小.這是由于低吹風(fēng)比時(shí)，從氣膜孔射出的冷卻氣流距離冷卻壁面近，振動(dòng)對(duì)冷熱氣流熱量的交換影響更大，使得壁面冷卻效果下降更顯著；反之，高吹風(fēng)比時(shí)，壁面的冷卻效果下降不明顯.吹風(fēng)比λ=0.4時(shí)，在X/D=5處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)低約9.0%，在X/D=10處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)低約10.0%；吹風(fēng)比λ=1.8時(shí)，在X/D=5處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)低約3.7%，在X/D=10處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)低約3.9%.

圖10為靜態(tài)與振動(dòng)條件下垂直于主流方向氣膜孔中心線的氣膜有效溫比曲線.從圖10可以看出，振動(dòng)并沒(méi)有破壞該方向氣膜孔中心線上氣膜有效溫比曲線的“單駝峰”結(jié)構(gòu)，但是對(duì)應(yīng)“單駝峰”的最高值降低了，并且“單駝峰”的錐度變大，即氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)的變化更為平緩.吹風(fēng)比λ=0.4時(shí)，在Z/D=0處(Z/D為垂直于主流流動(dòng)方向的坐標(biāo)值與射流孔直徑之比)，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)低約16.7%；吹風(fēng)比λ=1.8時(shí)，在Z/D=0處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)低約8.5%.

(a) λ=0.4

(b) λ=0.6

(c) λ=0.8

(d) λ=1.0

(e) λ=1.5

(f) λ=1.8圖9　各吹風(fēng)比下靜態(tài)與振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比Fig.9　Effective temperature ratio at steady-state and vibrating conditions with different blow ratios

(a) 靜態(tài)

(b) 振動(dòng)圖10　垂直于主流方向靜態(tài)與振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比曲線Fig.10　Steady-state and vibrating effectiveness in the direction perpendicular to main flow

4　結(jié)　論

(1) 不同振動(dòng)頻率下,振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比曲線較靜態(tài)時(shí)沒(méi)有發(fā)生很大的波動(dòng)，曲線的變化趨勢(shì)一致.在X/D=5處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)降低3.2%左右；在X/D=10處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)降低3.1%左右.

(2) 不同振幅振動(dòng)條件下的氣膜有效溫比曲線較靜態(tài)時(shí)沒(méi)有發(fā)生很大波動(dòng)，曲線變化趨勢(shì)大致相同.在X/D=5處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)降低4.8%左右；在X/D=10處，振動(dòng)時(shí)的氣膜有效溫比較靜態(tài)時(shí)降低5.1%左右.

(3) 在本實(shí)驗(yàn)頻率與振幅范圍內(nèi)，振幅較頻率對(duì)氣膜有效溫比的影響更大.頻率對(duì)氣膜有效溫比的影響在3%左右；振幅對(duì)氣膜有效溫比的影響在5%左右.

(4) 隨著吹風(fēng)比的增大，振動(dòng)對(duì)氣膜有效溫比的影響變小.

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Experimental Study on Single-hole Film Cooling Effectiveness over Vibrating Plates

GAOYuan1,2,GELishun1,2,WANGHongguang1,2,HANTieying3

(1. School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093, China; 2. Shanghai Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer in Power Engineering, Shanghai 200093, China; 3. CPI Zhuhai Hengqin Thermal Power Co., Ltd., Zhuhai 519031, Guangdong Province, China)

Experimental study on single-hole film cooling characteristics over vibrating plates was conducted in a high-temperature wind tunnel test setup using infrared thermography and mechanical vibration mechanism, so as to measure the film cooling effectiveness under steady-state and vibrating conditions with the blow ratio in 0.4-1.8, and to analyze the effects of amplitude (0-5 mm) and frequency (0-20 Hz) on the cooling effectiveness. Results show that the film cooling effectiveness is weakened by vibration, which is also affected more by amplitude than by frequency; with the rise of blow ratio, the influence of vibration reduces on film cooling effectiveness; the curves of mean effective temperature ratio respectively at varying vibration frequences and amplitudes are similar to that in steady-state conditions, and their data would be reduced by 3% and 5% accordingly in the case ofX/D=5-10.

film cooling; vibration; effective temperature ratio of film; frequency; experimental study

2015-06-23

2015-12-09

上海市科委科研計(jì)劃資助項(xiàng)目(13DZ2260900)

高媛(1992-)，女，江蘇南京人，碩士研究生，主要從事氣膜冷卻、并聯(lián)管組等方面的研究.電話(Tel.):18818261956；

E-mail：ge-li-shun@163.com.

1674-7607(2016)09-0704-07

TK229

A學(xué)科分類號(hào)：470.30