Fundamental study on the innovative film cooling technologies to suppress the mixing process with adding swirling motion to the coolant

通过向冷却剂添加旋流运动来抑制混合过程的创新薄膜冷却技术的基础研究

• 批准号: 23560229
• 负责人: TAKEISHI Kenichiro
• 金额: $ 3.24万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23560229/
• 关键词: 物質伝達; 熱伝達; フィルム冷却; 旋回流; 感圧塗料; レーザ誘起蛍光法; PIV; ガスタービン; フイルム冷却; レーザー誘起蛍光法; 熱工学; PSP; LIF; RANS; LES; 混合; 光学測定

This study has been conducted to investigate a new film cooling method that utilizes swirling coolant flow through circular and shaped film cooling holes. The mixing phenomena with a film cooling air and a mainstream was measured by a instantaneous and simultaneous LIF and PIV methods, and the film cooling effectiveness on the wall was measured by PSP.It appeared from the results that, in the case of a circular film-cooling hole, the penetration of the coolant jet into the mainstream was suppressed by the strong swirling motion of the coolant and attained 100% heigher film cooling effectiveness. As a result, the film cooling effectiveness on the wall maintained a higher value behind the cooling hole over a long range. Additionally, the kidney vortex structure disappeared. For the shaped film cooling hole, the coolant jet spreads wider in the span-wise direction. Thus, the pitch-averaged film cooling effectiveness downstream was 50% higher than that in the non-swirling case.

本研究旨在研究一种新的薄膜冷却方法，该方法利用通过圆形和异形薄膜冷却孔的旋转冷却剂流。 采用瞬时同步 LIF 和 PIV 方法测量了薄膜冷却空气和主流的混合现象，并通过 PSP 测量了墙壁上的薄膜冷却效果。从结果可以看出，在圆形薄膜的情况下-冷却孔，通过冷却剂的强烈涡流运动抑制冷却剂射流渗透到主流中，并获得 100% 更高的薄膜冷却效率。结果，冷却孔后面的壁上的气膜冷却效率在很长的范围内保持较高的值。此外，肾涡结构消失。对于成形的气膜冷却孔，冷却剂射流在翼展方向上散布得更宽。因此，下游的节距平均气膜冷却效率比非涡流情况高 50%。

项目成果

Aerothermal Investigationson Mixing Flow Field of Film Cooling With Swirling Coolant Flow

旋流冷却液流薄膜冷却混合流场的气动热研究

• DOI: 10.1115/1.4023909
• 发表时间: 2013
• 作者: Kenichiro Takeishi; Masaharu Komiyama; Yutaka Oda;Yuta Egawa
• 通讯作者: Yuta Egawa

翼内部の交差噴流冷却により生成する旋回を伴うフィルム冷却

通过叶片内部交叉喷射冷却产生的涡流进行薄膜冷却

• 发表时间: 2011
• 作者: 武石賢一郎;小田豊;永川悠太
• 通讯作者: 永川悠太

Film Cooling with Swirling Coolant Flow Controlled by Impingement Cooling in a Closed Cavity

通过封闭腔中的冲击冷却控制旋流冷却剂流量的薄膜冷却

• 发表时间: 2011
• 作者: Takeishi; K.; Oda; Y.; Egawa; Y.;Hada; S.
• 通讯作者: S.

冷却空気に旋回を付加したフィルム冷却の数値シミュレーション

冷却空气中添加旋流的气膜冷却数值模拟

• 发表时间: 2010
• 作者: 清水大;武石賢一郎;小田豊;永川悠太
• 通讯作者: 永川悠太

旋回を付加したフィルム冷却に関するＬＥＳ解析

添加旋流的气膜冷却的 LES 分析

• 发表时间: 2014
• 作者: 小田 豊; 武石 賢一郎; 大塩 哲哉
• 通讯作者: 大塩 哲哉