束腰结构扰流柱通道的传热和阻力特性

本文对涡轮叶片尾缘中具有束腰结构扰流柱的冷却通道的传热和流动阻力特性进行了实验研究,重点研究了雷诺数、扰流柱的束腰比以及不同组合的影响.结果表明:(1)通道平均努塞尔数随着Reynolds的增加而增大,而当Reynolds数较大时,与圆柱通道相比,束腰结构扰流柱通道的换热效果稍低;(2)通道内平均努塞尔数随着束腰比的增大先增大后降低,然后有所变缓,而其压力损失却曲折波动;(3)在三排扰流柱中,第Ⅱ排束腰结构扰流柱对换热效果影响最大,第Ⅰ排影响最小.当第Ⅰ排和第Ⅲ排为束腰结构扰流柱时,其换热减弱,而压力损失系数却增大.     

带扰流柱多出口复杂冷却通道的流动显示与数值模拟计算

一、引言 在高温涡轮叶片尾部的冷却结构中,最有效的方法就是利用冷却空气通过带扰流柱的弦向通道对尾部进行直接强化冷却.由于该通道具有带扰流柱和多出口的特点,使得这种冷却通道的流动与换热问题的研究十分复杂,除了文献[1,2]外,迄今还没有有关的研究报告发表.在文献[1,2]中介绍了放大5倍模拟实验件的流量分配实验和换热实验结果.这些研究表明通道内的扰流柱对空气的换热有很大的增强,沿叶高的     

有扰流柱的复合倾斜式气膜冷却导向叶片换热特性的研究

本文采用试验方法研究复合倾斜式涡轮导向叶片的内换热特性。针对有无扰流柱、有无气膜孔以及三种不同直径的节流孔的模型进行了试验研究，获得了扰流柱、气膜孔以及１８０°弯的节流板孔径的变化对其内换热特性的影响，并得到了一些换热准则方程，从而获得了加强叶片内部换热的方法。     

断裂结构扰流柱通道内的传热和阻力特性

本文对具有断裂结构扰流柱的涡轮叶片尾缘楔型通道的流动与换热过程进行了实验研究. Reynolds数取值范围为3000～13500,随着Reynolds数的增加,断裂扰流柱通道的换热能力增强;同时选取了8种断裂距离组合进行了实验研究,结果表明随着断裂距离的增大,通道换热能力减弱;另外还讨论了不同的扰流柱断裂分布区域对流动与换热的影响.     

扰流柱结构微反应器内两相流动及性能强化

对具有扰流柱结构的微通道反应器内气液两相弹状流动进行了可视化实验研究。利用微粒子呈像测速技术(Micro-PIV)对微通道内两相流动流场进行在线测量;在不同气液流量条件下,研究了气弹经过扰流柱区域时气弹长度及气弹运动速度的变化规律,并对比了不同结构微通道内硝基苯催化加氢反应生成苯胺的产率。结果表明:具有扰流柱结构的微通道内速度场分布与无扰流柱微通道有较大区别;气弹经过扰流柱结构时气弹长度及气弹运动速度增加,并在扰流柱区域内出现震荡式波动;具有扰流柱结构微通道内进行的硝基苯催化加氢反应,其苯胺产率高于无扰流柱结构微通道。     

不同形状扰流柱群通道换热特性研究

对内置有相同截面面积的圆形、椭圆形和水滴形五种不同形状扰流柱叉排阵列的矩形通道流动换热过程进行了三维数值模拟和试验,获得了通道恒热流壁面热场的分布特征,分析了扰流柱形状和来流Re数对换热特性的影响.研究结果表明:在相同的扰流柱间距下,装有圆形扰流柱阵列的矩形通道壁面Nusselt数约比水滴形扰流柱的高25%~45%;综合考虑换热和流动损失,装有水滴形扰流柱群矩形通道的综合性能最佳.     

内部冲击构型对气冷涡轮气热耦合计算影响的对比研究

为了评估复杂冷却涡轮内部冷却结构变化对涡轮气动及传热性能的影响，本文采用气热耦合计算方法对三种具有不同内部冲击结构的高压导叶进行了研究。分析了无冲击冷却结构、冲击挡板结构以及冲击套筒结构对涡轮气动及传热性能的影响规律。结果表明：在气动性能方面，无冲击冷却结构方案总流量最大，带有冲击套筒结构方案最小，同时涡轮气动效率也会随着内部结构的变化而变化；在传热方面，通过对比可以发现两种冲击方案都会对叶片表面最大温度进行降低，但冲击套筒结构方案同时还能够降低叶片表面平均温度。     

扰流柱布局对网格缝结构气膜冷却特性的影响

为了研究网格缝结构的气膜冷却特性,开展了平板模型试验研究,使用瞬态液晶测温技术测量了缝下游表面的气膜冷却效率和换热系数分布,在相同压比下与圆柱孔进行了气膜冷效对比,同时研究了缝内扰流柱布局对网格缝结构气膜冷却特性的影响。网格缝结构的吹风比范围为0.26M1.25。实验结果表明:网格缝结构的气膜冷效展向分布均匀性比圆柱孔有显著提高,且吹风比增加后不会出现射流脱离壁面的现象;在扰流柱和缝后斜面的作用下,缝下游会形成对卷旋涡,使得最下游一排扰流柱下游的气膜冷效相对较高;扰流柱顺排时,缝下游气膜冷效分布更均匀,大吹风比时,顺排结构的展向平均气膜冷效比叉排结构高出23%~84%,换热系数比高出11%;吹风比M1时,顺排结构的流量系数更高,M1时,叉排结构的流量系数更高。     

燃机叶片平行肋扰流内冷通道传热特性研究Part2:耦合传热特性

平行肋扰流通道是高温透平叶片常用的冷却结构。本文通过批量(约1000次)的气热耦合数值计算对不同几何结构平行肋扰流冷却通道的流动与耦合传热特性进行研究.对于固定压差通道,存在使固体外壁温度最低的肋片布置形式及对应的最优冷气量,针对某重型燃机动叶设计了不同肋片角度的平行肋扰流冷却通道并进行了气热耦合数值计算,表明60°肋能在最小的冷气量下取得最强的换热,验证了机理研究的结论.     

涡轮端区离散台阶缝气膜冷却特性研究

受端区二次流的影响,叶片前缘和压力面根部角区端壁难以实现有效冷却。为了实现该区域的冷气覆盖,本文研究了新型冷却结构离散台阶缝的端区气膜冷却特性。离散台阶缝在叶片周向主要覆盖叶片前缘区域,能够集中冷气冷却换热恶劣的区域。本文研究了两种不同离散台阶缝轴向位置(AP1,AP2)和三种不同冷气量(MFR=0.43%,0.88%,1.33%),通过红外热像仪测量端区气膜冷却效率分布。结果表明,增加离散台阶缝与叶片的轴向距离,能够有效提高叶片上游区域的冷却效果,但在通道内部,结果相反。增加冷气量能够提高端壁的气膜冷却效果。此外,应用五孔探针测量叶栅通道喉部附近截面二次流流场特征,解释了通道冷却分布的机理。     

叶片尾缘内冷通道中最佳强化传热的针肋排列结构研究

本文应用湍流模型对涡轮叶片尾缘针肋通道的换热与流动进行了二维数值模拟研究。为了研究通道内针肋排列 方式对换热与流动的影响,对三种不同的针肋排列方式的通道进行了数值模拟计算。比较了顺排和叉排的区别,并提出了 一种沿流向叉排的针肋排列方式,且对各种排列的传热和阻力特性进行了综合分析和比较。     

Comparisons of Heat Transfer Enhancement of an Internal Blade Tip with Metal or Insulating Pins

Cooling methods are needed for turbine blade tips to ensure a long durability and safe operation. A common way to cool a tip is to use serpentine passages with 180-deg turn under the blade tip-cap taking advantage of the three-dimensional turning effect and impingement like flow. Improved internal convective cooling is therefore required to increase the blade tip lifetime. In the present study, augmented heat transfer of an internal blade tip with pin-fin arrays has been investigated numerically using a conjugate heat transfer method. The computational domain includes the fluid region and the solid pins as well as the tip regions. Turbulent convective heat transfer between the fluid and pins, and heat conduction within pins and tip are simultaneously computed. The main objective of the present study is to observe the effect of the pin material on heat transfer enhancement of the pin-finned tips. It is found that due to the combination of turning, impingement and pin-fin crossflow, the heat transfer coefficient of a pin-finned tip is a factor of 2.9 higher than that of a smooth tip at the cost of an increased pressure drop by less than 10%. The usage of metal pins can reduce the tip temperature effectively and thereby remove the heat load from the tip. Also, it is found that the tip heat transfer is enhanced even by using insulating pins having low thermal conductivity at low Reynolds numbers. The comparisons of overall performances are also included.     

燃气轮机涡轮叶片冷却通道内的流动与传热研究

本文用实验方法研究了冷却气流在放入一倍模型涡轮叶片内通道的压力分布、冷热态阻力及局部换热系数分布。     

组合式发动机进气道的冷却研究

针对空天飞机组合发动机进气道的冷却要求，采用冲击－对流复合冷却技术对进气道进行强化冷却试验，按照得出的冷却结构各部分传热经验公式，用温度200K，压力1MPa低温氢作冷却剂，算出进气道的冷却热流密度，证明所用结构可以满足进气道冷却要求。     

液滴撞击壁面铺展及换热过程数值模拟

基于喷雾冷却时液滴撞击壁面现象,本文采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法对不同工况下单液滴撞壁过程进行数值模拟,获得了单液滴撞击热壁面动态特性;分析了初始速度、液滴直径等初始参数对液滴撞壁后的动态铺展规律以及壁面换热特性的影响规律,获得了上述参数变化时液滴铺...     

涡轮叶顶冷却布置对叶顶传热冷却性能的影响

本文采用数值模拟的方法,对比分析了1+1/2对转涡轮四种不同的叶顶冷却布置方案对叶顶传热、冷却性能以及气动特性的影响。四种布置方案分别是:靠近压力面垂直叶顶方向、靠近压力面且与叶顶有30°出射角、中弧线位置垂直叶顶方向、中弧线位置有30°出射角。研究表明,气膜孔沿压力面布置与气膜孔沿中弧线布置相比可以降低叶顶传热系数;由于气膜孔倾斜布置气膜射流动量降低,且削弱了肾形涡的影响,气膜的侧向覆盖范围增大。因此气膜孔靠近压力面布置可以提高气膜冷却效率;气膜孔靠近压力面且有30°出射角比垂直布置叶顶热负荷减少2.7%。另外,气膜孔靠近压力面布置可以降低主流的泄漏流量,有利于减小泄漏损失和提高涡轮效率。     

气膜孔角度对动叶前缘冲击/气膜复合冷却的影响

本文针对GE-E3第一级动叶前缘的冲击/气膜复合冷却结构进行了热流耦合数值研究。采用标准k-ω湍流模型,分析了前缘气膜孔对称布置时,其角度对透平动叶前缘冲击/气膜复合冷却特性的影响;在五种冷气质量流量比(MFR=0.005,0.010,0.016,0.020,0.025)下,研究了气膜孔在不同角度(β=20°,25°,30°,40°,50°,60°)时的透平动叶前缘冷却换热效果。研究结果表明:在本文研究范围内,气膜孔角度越小,透平动叶前缘的平均综合冷却效率越高;随着冷气质量流量比增大,透平动叶前缘的平均综合冷却效率逐渐提高。     

降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响

在国产六面顶压机上,采用温度梯度法,在5.6 GPa,1200—1400?C的高压高温条件下,裂晶问题频繁出现的合成周期内,围绕裂晶现象开展了Ib型宝石级金刚石单晶的生长研究,系统考察了降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响.针对宝石级金刚石单晶常见的裂纹缺陷,借助于扫描电子显微镜,分别对优质金刚石单晶和存在裂纹金刚石单晶的表面形貌进行了表征;利用微区傅里叶转换红外光谱测试手段,对上述两类晶体的N杂质含量分别进行了测试,依据测试结果,对裂晶出现的原因进行了分析;分别采用传统断电降温和缓慢降温工艺,考察了晶体生长结束后的降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响.结果表明,缓慢降温工艺在很大程度上可以有效抑制裂晶问题出现.另外,从宝石级金刚石单晶品质和单晶受到的外应力两个方面着手,分别对裂晶出现的机理和采用缓慢降温工艺有效解决裂晶问题的机理进行了讨论.     

Study on Ultra-fast Cooling Behaviors of Water Spray Cooled Stainless Steel Plates

Spray cooling is an effective tool to dissipate high heat fluxes from hot surfaces. This article thoroughly investigates the effect of thickness of a hot stainless steel plate on the cooling time, cooling rate, heat flux, and heat transfer coefficient under constant mass flow rate maintained at 1 MPa using water as the coolant. Cylindrical samples of stainless steel with constant diameter (D = 25 mm) and thickness (δ = 7.5, 12, 16.5, and 21 mm) were used in the present study. Critical droplet diameter to achieve an ultra-fast cooling rate of 300°C/s was estimated by using an analytical model for samples of varying thicknesses. The analytical model (one side spray cooling) showed good agreement with experimental results with a relative error of 3.2% in the plate thickness range of 1–12 mm. An increasing trend in maximum heat flux was found with increasing thickness of the plate. Maximum heat flux as high as 1,800 kW/m² was achieved for a 21-mm-thick sample. Heat transfer coefficients in the range 0.092–96.24 kW/m²K, 0.111–98.9 kW/m²K, 0.074–63.4 kW/m²K, and 0.127–55.63 kW/m²K were reported for sample of varying thicknesses in the present study. Limited published work is available with reference to water spray cooling dynamics and thickness of stainless steel plate. Therefore, the present study focuses on the correlation between the thickness of the plate and spray dynamics of water spray cooling.     

相变致冷镜的有限元结构优化

 镜体的结构决定了相变致冷镜抑制腔镜在高能激光辐照下的热变形的效果。比较不同结构形式的相变致冷镜镜面热变形的有限元软件计算结果，并通过一阶非线性优化方法，得到较优的放射状结构：硅基基体外径80mm，厚度12.5mm，光斑直径40mm,吸收功率密度为79.58kW/m²，当其最优沟槽深度为99mm，宽度为0.4mm时，光照10s时镜面热变形达到最小值0.37μm。