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译者的话1

作者简介1

序言1

第1章 基本原理1

1.1 对透平叶片冷却的要求1

1.1.1 航空器发动机的最新发展1

目录1

1.1.2 陆用燃气轮机的最新发展3

1.2.1 透平叶片冷却的概念4

1.2 透平冷却技术4

1.2.2 典型的透平冷却系统6

1.3 透平的传热和冷却专题11

1.3.1 透平叶片的传热11

1.3.2 透平叶片的内冷14

1.3.3 透平叶片的气膜冷却15

1.3.4 热屏蔽涂层及传热15

1.4 本书的结构16

参考文献17

1.5 透平冷却和传热的综述性文章和专著章节17

第2章 透平的传热20

2.1 引言20

2.1.1 燃烧室出口速度和温度分布20

2.2 透平级传热23

2.2.1 引言23

2.2.2 实际发动机的透平级23

2.2.3 模拟透平级28

2.2.4 动叶片上的时间分辨传热测量31

2.3 静叶栅叶片的传热实验33

2.3.1 引言33

2.3.2 出口马赫数和雷诺数的影响34

2.3.3 自由流湍流的影响36

2.3.4 表面粗糙度的影响38

2.3.5 环形静叶栅叶片的传热39

2.4 动叶栅叶片的传热42

2.4.1 引言42

2.4.2 不稳定尾流的模拟实验43

2.4.3 受尾流影响的传热预测48

2.4.4 不稳定尾流和自由流湍流的综合影响50

2.5 叶片端壁的传热52

2.5.1 引言52

2.5.2 流场的描述52

2.5.3 端壁传热54

2.5.4 近端壁处的传热55

2.5.5 发动机条件下的试验56

2.5.6 表面粗糙度的影响58

2.6 透平动叶顶部的传热59

2.6.1 引言59

2.6.2 叶片顶部区域的流场和传热59

2.6.3 平顶叶片的传热61

2.6.4 凹槽状叶顶的传热62

2.7 前缘区域的传热66

2.7.1 引言66

2.7.2 自由流湍流的影响66

2.7.3 前缘形状的影响69

2.7.4 不稳定尾流的影响70

2.8 平面的传热72

2.8.1 引言72

2.8.2 自由流湍流的影响72

2.8.3 压力梯度的影响75

2.8.4 流线曲率的影响75

2.8.5 表面粗糙度的影响76

参考文献78

2.9 结束语78

第3章 透平的气膜冷却87

3.1 引言87

3.1.1 气膜冷却的基本原理87

3.2 旋转动叶片的气膜冷却90

3.3 静叶栅叶片气膜冷却的模拟96

3.3.1 引言96

3.3.2 气膜冷却的影响96

3.4.1 引言103

3.4 动叶栅气膜冷却的模拟103

3.3.3 自由流湍流的影响103

3.4.2 气膜冷却的影响104

3.4.3 自由流湍流的影响106

3.4.4 不稳定尾流的影响107

3.4.5 自由流湍流和不稳定尾流的综合影响110

3.5 叶片端壁的气膜冷却110

3.5.1 引言110

3.5.2 低速的模拟试验111

3.5.3 发动机工况的试验115

3.5.4 近端壁处的气膜冷却117

3.6 透平叶片顶部的气膜冷却119

3.6.1 引言119

3.6.2 传热系数120

3.6.3 气膜有效度121

3.7 叶片前缘区域的气膜冷却122

3.7.1 引言122

3.7.2 冷却工质与主流喷气比的影响122

3.7.3 自由流湍流的影响125

3.7.4 不稳定尾流的影响127

3.7.5 冷却工质与主流密度比的影响128

3.7.6 气膜孔几何结构的影响131

3.7.7 叶片前缘形状的影响133

3.8 平板的气膜冷却133

3.8.1 引言133

3.8.2 气膜冷却下的传热系数134

3.8.2.1 喷气比的影响134

3.8.2.2 冷却工质与主流密度比的影响135

3.8.2.3 主流加速的影响136

3.8.2.4 孔的几何结构的影响137

3.8.3 气膜冷却的有效度142

3.8.3.1 喷气比的影响142

3.8.3.2 冷却工质与主流密度比的影响143

3.8.3.3 气膜有效度的关联式145

3.8.3.4 流向表面曲率和压力梯度的影响148

3.8.3.5 自由流高湍流的影响150

3.8.3.6 气膜孔几何结构的影响151

3.8.3.7 冷却工质输送通道几何结构的影响153

3.8.3.8 表面粗糙度的影响154

3.8.3.9 间隙泄漏的影响157

3.8.3.10 主流脉动的影响158

3.8.3.11 完全覆盖的气膜冷却158

3.9 透平冷却孔的流量系数159

3.10 气膜冷却对气动损失的影响161

3.11 结束语163

参考文献163

第4章 透平的内部冷却171

4.1 冲击射流冷却171

4.1.1 引言171

4.1.2 单个射流的传热强化171

4.1.2.1 射流与靶板间距的影响173

4.1.2.2 单孔冲击射流传热的关联式173

4.1.2.3 冲击射流有效度174

4.1.3 中弦区射流排的冲击传热175

4.1.2.4 圆形射流与狭缝射流的比较175

4.1.3.1 大间距射流群176

4.1.3.2 壁面至射流排列距离的影响176

4.1.3.3 横向流的影响和传热关联式176

4.1.3.4 初始横向流的影响180

4.1.3.5 横向流方向对冲击传热的影响181

4.1.3.6 冷却工质的抽出对冲击传热的影响184

4.1.3.7 倾斜射流对传热的影响186

4.1.4.2 叶片前缘的冲击传热189

4.1.4 前缘的冲击冷却189

4.1.4.1 曲面的冲击189

4.2 肋片扰流冷却196

4.2.1 引言196

4.2.1.1 典型的试验设备198

4.2.2 肋片布置和流动参数对带肋通道传热的影响199

4.2.2.1 肋片间距对有肋侧壁和相邻光滑侧壁的影响199

4.2.2.2 斜置肋片200

4.2.2.4 不同的斜置肋片的比较201

4.2.2.3 斜置肋片的通道宽高比的影响201

4.2.3 传热系数和摩擦因子的关联203

4.2.4 高性能肋片207

4.2.4.1 V形肋片207

4.2.4.2 V形间断肋片208

4.2.4.3 楔形和三角形肋片210

4.2.5 表面传热条件的影响214

4.2.6 非矩形截面通道215

4.2.7 高阻塞比肋片的影响222

4.2.8 肋片截面形状的影响225

4.2.9 带肋壁数目的影响229

4.2.10 180°急转弯的影响234

4.2.11 带肋通道传热系数的详细测量241

4.2.12 气膜冷却孔对带肋通道传热的影响246

4.3 柱－肋冷却254

4.3.1 引言254

4.3.2 单柱的流动和传热分析256

4.3.3 柱的排列与关联258

4.3.4 柱的形状对传热的影响263

4.3.5 非均匀排列和流动收敛性的影响266

4.3.6 斜柱排列的影响268

4.3.7 半柱的配置269

4.3.8 转弯流动的影响272

4.3.9 带喷射流的柱－肋冷却272

4.3.10 缺柱对传热系数的影响276

4.4.2 带肋壁上的冲击278

4.4.1 引言278

4.4 组合及新型的冷却技术278

4.4.3 带柱和凹坑壁面上的冲击282

4.4.4 带肋壁与槽组合的影响285

4.4.5 肋片与柱及冲击进口条件的综合影响287

4.4.6 旋流和冲击的综合影响287

4.4.7 穿孔挡板的冲击传热291

4.4.8 旋流和冲击的综合影响294

4.4.9 透平冷却用的热管概念295

参考文献297

4.4.10 新的冷却概念297

第5章 旋转状态下的透平内部冷却300

5.1 旋转对冷却的影响300

5.2 光滑壁面的冷却介质通道300

5.2.1 旋转对流场的影响300

5.2.2 旋转对传热的影响305

5.2.2.1 旋转数的影响306

5.2.2.3 旋转数和密度比的综合影响307

5.2.2.2 密度比的影响307

5.2.2.4 表面加热条件的影响309

5.2.2.5 旋转数和壁面加热条件的影响310

5.3 旋转扰流式肋片冷却介质通道的传热311

5.3.1 旋转对扰流式肋片流动的影响311

5.3.2 旋转对90°肋片通道内传热的影响313

5.3.2.1 旋转数的影响315

5.3.2.2 壁面加热条件的影响316

5.3.3 旋转对斜置（斜交）肋片通道传热的影响316

5.3.3.1 斜置肋片与加热条件的影响319

5.3.3.2 正交肋片与斜置肋片的比较321

5.4 相对于旋转方向的通道取向对光滑和有肋片通道的影响322

5.4.1 旋转数的影响323

5.4.2 模型取向与壁面加热条件的影响325

5.5 通道截面对旋转传热的影响329

5.5.1 三角形截面329

5.5.2 矩形通道330

5.5.3 圆形截面331

5.5.4 双流程的三角形通道333

5.6 传热与旋转影响的各种关联关系336

5.7 热质传递类比及其详细测量340

5.8 旋转对光滑壁冲击冷却的影响343

5.8.1 旋转对前缘冲击冷却的影响343

5.8.2 旋转对中弦区冲击冷却的影响347

5.8.3 气膜冷却孔的影响354

5.9 旋转对扰流式肋片壁面冲击冷却的影响354

参考文献356

6.2.2 热通量仪361

6.2.1 引言361

第6章 试验方法361

6.2 传热测量技术361

6.1 引言361

6.2.3 有热电偶的薄片加热器363

6.2.4 有热电偶的铜板加热器365

6.2.5 瞬态技术366

6.3 传质类比技术366

6.3.1 引言366

6.3.2 萘升华技术366

6.3.3 外部气体浓度的取样技术369

6.3.4 膨胀聚合物技术370

6.3.5 氨－重氮技术371

6.3.6 压敏涂层（PSP）技术371

6.4 光学技术372

6.4.1 引言372

6.4.2 红外测温技术372

6.4.3 热像磷技术374

6.5 液晶测温技术375

6.5.1 稳态的黄色带示踪技术375

6.5.2 稳态HSI技术376

6.5.3 瞬态HSI技术378

6.5.4 瞬态单色捕捉技术379

6.6 流场及温度场测量技术382

6.6.1 引言382

6.6.2 五孔探针／热电偶382

6.6.3 热线／冷线风速仪383

6.6.4 激光多普勒速度仪（LDV）384

6.6.5 粒子成像速度仪（PIV）386

6.6.6 激光全息干涉法387

6.6.7 表面显示388

6.7 结束语390

参考文献391

7.1.2 控制方程组399

7.1.1 引言399

第7章 数值模型399

7.1 控制方程和湍流模型399

7.1.3 湍流模型400

7.1.3.1 标准k－ε模型400

7.1.3.2 低雷诺数k－ε模型401

7.1.3.3 两层k－ε模型401

7.1.3.4 k－ω模型401

7.1.3.5 B-L（Baldwin-Lomax）模型402

7.1.3.6 二阶矩封闭模型402

7.1.3.7 代数封闭模型402

7.2 透平传热的数值预测403

7.2.1 引言403

7.2.2 透平动叶／静叶传热预测404

7.2.3 端壁传热预测407

7.2.4 叶片顶部传热预测408

7.3.1 引言410

7.3.2 平面气膜冷却预测410

7.3 透平气膜冷却的数值预测410

7.3.3 前缘气膜冷却预测414

7.3.4 透平叶片的气膜冷却预测415

7.4 透平内部冷却的数值预测416

7.4.1 引言416

7.4.2 旋转的影响417

7.4.3 180°弯头的影响418

7.4.4 横向肋片的影响422

7.4.5 斜置肋片的影响423

7.4.6 旋转对通道形状的影响426

7.4.7 冷却工质抽吸的影响428

参考文献428

第8章 后记435

8.1 透平传热和气膜冷却435

8.2 有旋转的透平内部冷却435

8.3 透平边缘传热和冷却436

8.4 结束语436

索引437