一種帶肋結(jié)構(gòu)的換熱流道壁的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及換熱流道結(jié)構(gòu)，尤其是涉及適用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪葉片的內(nèi)冷通道的一種帶肋結(jié)構(gòu)的換熱流道壁。
【背景技術(shù)】
[0002]目前燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)渦輪前溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過渦輪葉片材料的極限工作溫度，所以渦輪葉片內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。帶肋內(nèi)冷通道是一種普遍使用的冷卻方式，肋能增大換熱面積，更重要的是對壁面附近氣體進(jìn)行擾流，增大湍流度，降低附面層厚度，使得增強(qiáng)換熱。衡量肋的冷卻效果，有兩個重要指標(biāo)，即換熱強(qiáng)度與流阻系數(shù)，理想目標(biāo)是得到換熱強(qiáng)而流阻低的肋結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)大多是在通道表面設(shè)肋條、肋片等。肋條和肋片本質(zhì)都是較簡單的長方體，目前研宄大多集中在改進(jìn)肋的幾何大小和排列上，例如變化高度、距離、與流向的夾角等參數(shù)，并得到特定狀態(tài)的最優(yōu)值。但是，這些研宄并沒有對肋本身的形狀有突破性的進(jìn)展，使得帶肋內(nèi)冷通道的換熱冷卻效果仍然不理想。
[0003]中國專利CN101358545A公開一種具有非對稱肋片參數(shù)的渦輪葉片內(nèi)冷通道，特征就是其旋轉(zhuǎn)前后緣面布置有不同肋片間距-高度比的葉片。
[0004]中國專利CN101813005A公開一種大小肋片交替結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化換熱裝置，特征是在強(qiáng)化換熱壁面的大肋片之間，間隔地平行設(shè)置有尺寸較小的相同形狀的肋片，小肋片的高度為大肋片高度的0.3-0.5倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供可明顯強(qiáng)換熱冷卻效果的一種帶肋結(jié)構(gòu)的換熱流道壁。
[0006]本發(fā)明包括換熱流道壁本體，在換熱流道壁本體的表面間隔設(shè)有傾斜凸起的斜錐形肋陣列，斜錐形肋陣列的各個錐體是順流道流體流向傾斜，傾斜的方向與流體流向成銳角。
[0007]所述斜錐形肋陣列中的錐體的結(jié)構(gòu)形狀可為斜半圓錐，斜三角錐，斜四棱錐，斜圓弧與斜三角組合錐等不同結(jié)構(gòu)形狀椎體中的一種。所述斜錐形肋陣列的錐體數(shù)量、自身結(jié)構(gòu)尺寸及相互之間的間距等參數(shù)是根據(jù)具體情況設(shè)定。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點(diǎn):
[0009]1、三維結(jié)構(gòu)，近壁擾流更強(qiáng)。相比于傳統(tǒng)二維的肋條或肋片，它們是橫亙在通道中，只有氣流翻滾過去在背壓區(qū)形成渦，而單個分布的斜錐形肋既造成由下方高壓區(qū)卷到上方低壓區(qū)的渦，也有從底部兩側(cè)繞過的擾流，帶動了下方較多氣流運(yùn)動；且越接近壁面，橫截面面積越大，使得擾動更多集中在有效的近壁區(qū)域。
[0010]2、單位體積換熱表面積大。
[0011]3、撞擊阻力較小。流體沿斜面爬坡，而非正面撞擊，因此阻力較小。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例用于渦輪葉片的內(nèi)冷通道的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的B部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明實(shí)施例使用狀態(tài)示意圖(圖1的A-A剖視)。
[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的斜錐形肋的擾流原理示意圖(圖3中C部放大圖)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參見圖1?4，本實(shí)施例包括葉片I內(nèi)的換熱流道壁本體2。在換熱流道壁本體2的表面間隔設(shè)有傾斜凸起的斜錐形肋陣列，斜錐形肋陣列的各個錐體21是順流道流體流向傾斜，傾斜的方向與流體流向成銳角。
[0017]所述斜錐形肋陣列中的錐體21的結(jié)構(gòu)形狀外為斜圓弧與斜三角組合錐(可為斜半圓錐、斜三角錐、斜四棱錐等不同結(jié)構(gòu)形狀的椎體)。所述斜錐形肋陣列的錐體數(shù)量、自身結(jié)構(gòu)尺寸及相互之間的間距等參數(shù)是根據(jù)具體情況設(shè)定。
[0018]參見圖3，顯示了冷卻氣流3朝著一個方向流動，在近壁處的氣流是附面層31。各個錐體21對近壁處流體產(chǎn)生很大擾動，形成大量渦，可增強(qiáng)換熱。
[0019]參見圖4，各個錐體21產(chǎn)生渦擾動。近壁氣流31 —部分沿著錐體21的上表面爬升，相當(dāng)于進(jìn)入更窄的流道，因此速度增大，氣壓降低。另一部分繞過錐體的兩側(cè)進(jìn)后方以后，相當(dāng)于進(jìn)入更寬的流道，因此速度減小，氣壓升高。因此上下方，就出現(xiàn)了壓差，下方壓強(qiáng)高的氣流會繞過錐體21的邊緣卷入壓強(qiáng)低的上方，這股旋轉(zhuǎn)的氣流伴隨主流繼續(xù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成了連續(xù)的渦串32，此后在擾動的作用下易發(fā)展成卡門渦街式的交替非對稱渦串，對氣流的擾動作用可顯著增強(qiáng)換熱。
[0020]圖1?4中，箭頭表示氣流流動方向。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶肋結(jié)構(gòu)的換熱流道壁，包括換熱流道壁本體，其特征在于，在換熱流道壁本體的表面間隔設(shè)有傾斜凸起的斜錐形肋陣列，斜錐形肋陣列的各個錐體是順流道流體流向傾斜，傾斜的方向與流體流向成銳角。
2.如權(quán)利要求1所述一種帶肋結(jié)構(gòu)的換熱流道壁，其特征在于，所述斜錐形肋陣列中的錐體的結(jié)構(gòu)形狀為斜半圓錐，斜三角錐，斜四棱錐，斜圓弧與斜三角組合錐中的一種。
【專利摘要】一種帶肋結(jié)構(gòu)的換熱流道壁，涉及換熱流道結(jié)構(gòu)。提供可明顯強(qiáng)換熱冷卻效果的一種帶肋結(jié)構(gòu)的換熱流道壁。包括換熱流道壁本體，在換熱流道壁本體的表面間隔設(shè)有傾斜凸起的斜錐形肋陣列，斜錐形肋陣列的各個錐體是順流道流體流向傾斜，傾斜的方向與流體流向成銳角。三維結(jié)構(gòu)，近壁擾流更強(qiáng)。相比于傳統(tǒng)二維的肋條或肋片，它們是橫亙在通道中，只有氣流翻滾過去在背壓區(qū)形成渦，而單個分布的斜錐形肋既造成由下方高壓區(qū)卷到上方低壓區(qū)的渦，也有從底部兩側(cè)繞過的擾流，帶動了下方較多氣流運(yùn)動；且越接近壁面，橫截面面積越大，使得擾動更多集中在有效的近壁區(qū)域。單位體積換熱表面積大。撞擊阻力較小。流體沿斜面爬坡，而非正面撞擊，因此阻力較小。
【IPC分類】F01D5-18
【公開號】CN104533538
【申請?zhí)枴緾N201410775521
【發(fā)明人】鮑鋒, 鄒赫, 劉錦生
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月15日