1引言高級(jí)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中通常采用表面涂層技術(shù)以降低金屬材料內(nèi)的溫度和熱力梯度.目前常用的涂層材料，如：氧化鋯、陶瓷等，對(duì)紅外輻射是半透明的。這使得熱輻射的作用顯著增加，從而降低了絕緣材料的效率近年來(lái)，一些學(xué)者相繼對(duì)隔熱涂層內(nèi)的輻射效應(yīng)進(jìn)行了研究。Thomas（1992）對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷襯墊內(nèi)的輻射與導(dǎo)熱耦合換熱進(jìn)行了數(shù)值模在1996和1997年采用雙熱流法結(jié)合格林函數(shù)，并選用兩譜帶模型，在漫反射條件下模擬了氧化鋯隔熱涂層內(nèi)的輻射傳遞；1997年用多譜帶模型取代了兩譜帶模型，并分析了光學(xué)厚度及在涂層內(nèi)加入不透明的隔熱擋板對(duì)溫度和熱流密度的影響；1998年針對(duì)外部無(wú)輻射熱流時(shí)的氧化鋯隔熱涂層，分析了涂層透明和不透明兩種情況下的溫度分布。

　　本文針對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和燃燒室襯墊的半透明隔熱涂層內(nèi)輻射與導(dǎo)熱耦合換熱，建立了物理模型、邊界離散方程，并考慮各種界面輻射特性效應(yīng)。采用光線蹤跡/節(jié)點(diǎn)分析法計(jì)算了吸收、各向同性散射性介質(zhì)內(nèi)的輻射傳遞系數(shù)，結(jié)合控制容積法數(shù)值模擬了隔熱涂層內(nèi)的輻射與導(dǎo)熱瞬態(tài)耦合換熱。經(jīng)與文獻(xiàn)中的計(jì)算結(jié)果比較表明，本文的物理模型、計(jì)算方法與計(jì)算程序正確、計(jì)算精度高。在此基礎(chǔ)上，分析了隔熱涂層內(nèi)熱輻射對(duì)部分暴露于燃燒室熱環(huán)境下的第一級(jí)葉片和燃燒室襯墊的表面溫度、內(nèi)部溫度場(chǎng)和熱流密度分布的影響，考察了界面發(fā)射率、涂層厚度和界面的反射特性等對(duì)熱輻射作用大小的影響。

　　2物理模型與控制方程2.1控制方程及離散方程由于隔熱涂層一般都非常薄，而其它各方向的尺度遠(yuǎn)大于其本身的厚度，因此可采用一維模型。由圖可見(jiàn)：（1）設(shè)涂層不透明，即忽略了涂層內(nèi)熱輻射的傳遞作用，此時(shí)基底內(nèi)的溫度總是低于考慮涂層內(nèi)熱輻射時(shí)的溫度；（2）基底內(nèi)的溫度隨著表面發(fā)射率的增加而增加；（3）涂層內(nèi)部輻射對(duì)基底溫度分布的影響隨發(fā)射率的增加而增加，當(dāng)涂層表面的發(fā)射率較小時(shí)，可忽略內(nèi)部輻射的影響。

　　3涂層厚度對(duì)溫度場(chǎng)的影響邊界漫反射，S面（涂層表面）不透明時(shí)，考察涂層厚度d從0到2mm連續(xù)變化對(duì)涂層和基底表面溫度的影響。除了d變化及X外，其它計(jì)算條件均與圖2的相同，數(shù)值模擬結(jié)果見(jiàn)圖3.圖中實(shí)線考慮了涂層內(nèi)熱輻射的影響（輻射與導(dǎo)熱耦合換熱）；虛線則忽略涂層內(nèi)的熱輻射（純導(dǎo)熱），只在界面外有表面輻射。由圖3可見(jiàn)，面）溫度的影響隨著涂層厚度的增加，輻射對(duì)溫度分布的影響越王平陽(yáng)等：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)高溫隔熱涂層內(nèi)的傳熱研究來(lái)越大，當(dāng)d=2.0mm時(shí)，考慮涂層內(nèi)輻射換熱時(shí)基底表面溫度比忽略熱輻射時(shí)高出約55K.

　　4表面反射特性對(duì)溫度分布的影響由于第一級(jí)葉片部分暴露于燃燒室的高溫環(huán)境，因此輻射對(duì)該級(jí)葉片內(nèi)溫度分布的影響大于對(duì)其它各級(jí)葉片的影響。分析這一典型情況，考慮燃燒室的高速來(lái)流使得涂層表面沒(méi)有煙灰沉積，即S面半透明，其反射率由Fresnel反射定律計(jì)算得出，并考慮表面為鏡反射和漫反射兩種情況。

　　5結(jié)論本文針對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和燃燒室襯墊的半透明隔熱涂層內(nèi)輻射與導(dǎo)熱耦合換熱，考慮各種界面輻射特性：不透明界面和半透明界面，鏡反射和漫反射，建立了物理模型、邊界離散方程。采用光線蹤跡/節(jié)點(diǎn)分析法計(jì)算了各向同性散射性介質(zhì)內(nèi)的輻射傳遞系數(shù)，結(jié)合控制容積法數(shù)值模擬了兩層平板介質(zhì)內(nèi)輻射與導(dǎo)熱瞬態(tài)耦合換熱。經(jīng)與文獻(xiàn)比較表明，本文的物理模型、計(jì)算方法正確、計(jì)算精度高。

作者：佚名　　來(lái)源：中國(guó)潤(rùn)滑油網(wǎng)