旋转效应对微小槽道流动和换热规律影响研究

微小槽道换热结构具有高换热和易加工的特性，在涡轮旋转工作叶片冷却应用中潜力很大。但是，对微小槽道的换热研究多为静止状态，旋转状态下微小槽道流动和换热研究还罕见文献报道，极大限制了该结构在涡轮旋转工作叶片冷却中的应用。针对这一技术背景，本项目提出旋转效应对微小槽道流动和换热特性影响规律这一科学问题并展开研究。利用各种瞬、稳态测试手段及数值计算手段，针对微小槽道内的狭小空间，研究旋转效应引起的哥氏力、离心力和离心浮升力对流动偏转、二次流分布及换热强化（弱化）的影响规律，探索旋转状态下微小槽道几何参数和流动参数的最佳匹配关系；根据实验结果修正数值计算模型，发展适合旋转状态小尺度数值模拟的特殊湍流模型。尝试利用研究结果提出一种涡轮旋转工作叶片内冷新方案，为我国新一代发动机涡轮旋转工作叶片内冷创新设计提供参考。

为研究表面粗糙度对微尺度通道临界Re数、Nu数以及流阻系数的影响，掌握微尺度通道强化换热机理，首先需确定涡轮叶片微尺度通道流动换热特性实验方案，并对该实验方案可行性进行论证。因此，本文将以微尺度通道流动换热特性实验方案为对象，开展实验台设计及建设、实验件设计及加工，并通过数值和实验方法，对该实验方案进行验证，以期获得可行的实验方案，为后续微尺度通道强化换热机理及流动换热特性研究奠定良好的实验基础。.1） 本文具体工作为：.①设计微尺度通道实验件，包括通道试验件尺寸、结构形式，加热方式，测试方法、通道加工工艺; ②设计微尺度通道实验台，包括气源、稳压腔、密封结构、流量控制及测量、压力控制及测量，并且开展微尺度通道实验。③验证实验方案可行性，包括数值计算验证和实验验证。.2）具体结论为：.实验结论：①不同流量计所测得的数据相差较大，因此应该采用精确度更高的流量计或是采用精确测量手段采集流量；②由于进入通道的流量很小，因而测量较为困难，无法使用实验室已有的质量流量计进行校核，可以适当增多通道组数目，进而增大整体流量，便于测量。.数值计算结论：①粗糙微通道内的Po数与Re数近似线性相关,并大于常规通道下的理论解，且斜率随粗糙度增大而增大; ②矩形微通道内的沿程压降随着粗糙度增加而增加。存在圆台体型粗糙元的微通道沿程压降变化趋势比正弦旋转体型粗糙元的微通道明显; ③对两种形态粗糙元构成的微通道，粗糙元规则间隔分布时的沿程压降大于随机分布时的沿程压降，但是变化不明显。