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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