[发明专利]一种异型气膜冷却孔的设计方法

摘要

本发明公开了一种异型气膜冷却孔的设计方法，对异型气膜冷却孔进行设计，确定各类孔型的基本数据，建立计算模型；计算得到其扩张面积比，对于各个参数之间的相互影响以及其影响机理有较充分的研究。该设计方法有利于指导工程实践。通过对于常见的异型气膜冷却孔在不同射流角和扩张角下进行数值模拟，并比较匹配不同模化参数，包括吹风比、动量比和速度比下绝热冷效、孔中截面温度场以及孔内温度和速度场，得到需要匹配的模化参数，并总结出孔型与该参数变化的规律，找出一定孔型下最佳的模化参数，从而可以根据最佳模化参数反解出孔型参数，对设计异型气膜冷却孔提供简单易行的设计方法。

主权项

1.一种异型气膜冷却孔的设计方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.确定各类孔型的基本数据，建立计算模型；选取扇形孔、前倾扇形孔各为10种孔型，总共20种；其中，α为气膜孔射流角，β为展向扩张角，γ为前倾扩张角；表1孔型种类步骤2.计算模拟找到燃气倒灌点；随着展向扩张角β、前倾扩张角γ的增大，异型孔出口面积的增大，冷气法向动量减少，壁面冷却效率随之上升，需寻找到壁面冷却效率并无明显上升的工况，汇总所有工况的孔内无量云图和孔内法向速度云图；步骤3.找到最佳平均法向动量比；将计算数据进行分析与无量纲化处理，提出基于扩张型孔进出口面积比的法向动量比表示气膜孔射流动量法向分量与主流动量的比值，其定义如下:其中，I为圆柱段流通面积定义的气膜孔射流动量与主流动量的比值，ρ_c为二次流密度，ρ_g为主流密度，U_c为二次流延孔轴线方向的速度，U_g为主流速度，α为气膜孔射流角，U_c,n为二次流法向的分速度，为面积平均的二次流法向速度，AR为扩张型孔出口面积与入口面积的比值，各个值的定义式如下:I＝ρ_cU_c²/ρ_gU_g²U_c,n＝U_c*sinαAR＝A_out/A_in步骤4.反解出孔型；对所有工况得到的绝热冷效求其面积平均值，扇形孔和前倾扇形孔存在一个最佳的值，当孔型的值在最佳值附近的时候，其壁面气膜冷效最佳；确定实验孔型设计，确定一个值，反解出最佳的面积比,从而确定扩张角的角度: