单孔蒸汽射流冲击平板换热的数值研究

对充分发展的过热蒸汽湍流射流冲击平板的流动和换热进行了数值研究,分析了射流温度和射流雷诺数对蒸汽射流冲击换热的影响,并与空气射流冲击换热进行了比较。通过AKN k-ε、V2F和SST k-ω三种湍流模型计算结果的对比可知,SSTk-ω模型模拟冲击射流流动和换热的效果最好。研究表明:在相同条件下蒸汽的冲击换热能力强于空气;射流温度的变化对空气的冲击换热基本没有影响,但是对蒸汽有较大影响;射流雷诺数越大,则蒸汽冲击射流的换热越强。     

超临界压力RP-3起始加热段传热恶化数值研究

使用开源流体动力学程序库OpenFOAM对竖直圆管内超临界压力RP-3对流传热进行数值模拟,研究重点为起始加热段的传热恶化现象。本文选择k-ε-v~2-f和k-ωSST两种低Re数湍流模型进行计算并与实验数据进行对比,讨论了两种模型对于高壁面热流条件下传热恶化现象的预测能力.通过对流场及温度场的分析对起始加热段传热恶化现象给出机理解释,最后考察了变物性及浮升力的影响。结果表明:k-ωSST模型无法模拟传热恶化;k-ε-v~2-f模型能够定性描述起始加热段内壁温的迅速升高。由流体密度变化及重力引起的浮升力作用是导致起始加热段传热恶化的重要原因。     

蜂窝密封内耦合传热特性的研究

采用耦合传热数值计算方法,研究了典型航空发动机阶状蜂窝密封内的传热特性,并利用实验数据对数值方法的正确性进行了考核。计算得到的转子面和静子面上换热系数分布与实验值吻合良好。通过对比5种不同的两方程涡黏湍流模型,结果表明:k-ω湍流模型和SST湍流模型在高温度梯度区域对换热系数分布的求解具有较高的精度,明显优于标准k-ε和k-εRNG湍流模型。与光滑面迷宫密封相比,蜂窝芯格结构对转子面上平均换热系数影响较小,但大幅减小了密封静子面上的换热能力;蜂窝芯格结构使得齿尖温度梯度略微增大,但明显使得静子固体区域的温度梯度减小。     

基于湍流模型的转捩流动数值计算研究

本文通过求解雷诺平均NS方程,采用基于k-ω模型和添加控层流动能方程的三方程湍流模型计算转捩流动。相对于基于实验的转捩关系式模型,本模型对叶轮机械复杂的流动环境提供了更加真实的物理意义.ERCOFTAC T3系列实验和低压涡轮叶栅的算例表明该模型能够自动捕捉流动的转捩过程,但还需要进一步修正以能更加准确考虑各种因素对转捩的影响。     

γ-Re_θ转捩模型在内部冷却叶片中的应用

燃气轮机内部通流冷却叶片的流动传热特性对于燃机的整体效率有着重要的影响,而叶片表面的转捩流场一直是阻碍对叶片冷却性能进行精确分析的主要因素.本文采用SST湍流模型及γ-Re_θ转捩模型对MARK Ⅱ叶型进行数值模拟,通过分析叶栅通道内传热特性以考察该转捩模型的适应性,肯定了该转捩模型对于湍流边界层发生位置判断的正确性,以及对转捩发生点上游叶片表面温度变化趋势的预测的正确性.同时本文指出γ-Re_θ转捩模型与湍流模型结合时可能存在对湍动能过渡抑制的问题,有待进一步研究.     

阵列空气射流传热均匀性问题的数值研究

针对用于飞行器地面降温模拟试验的喷嘴阵列空气射流的传热均匀性问题,开展了数值模拟研究,用以指导相关降温试验装置的设计和试验方案的制定。首先,对降温试验装置建立了相关模型,通过对比发现SST k-ω湍流模型适用于阵列空气射流冷却模拟;进而分别研究了喷嘴数量、喷嘴高度等因素对阵列空气射流传热均匀性的影响规律,分析了其中的原因,并通过正交实验获得了研究范围内传热均匀性最优的参数匹配方案,数值计算出相应的表面对流传热系数h的变异系数为0.201;最后,研究了空气横流对阵列空气射流传热均匀性的影响。发现在最优结构参数下,通过添加挡板将最小横向流动形式改为中等横向流动形式后,试件表面的对流换热系数h变异系数减小了39.7%,试件局部表面传热均匀性得到了大幅的提高。     

边界层转捩对风力机气动性能模拟结果的影响

本文采用CFD软件包FINETM/Turbo,选用结合AGS转捩模型的S-A湍流模型,研究边界层转捩对NORD-TANK 500/41型风力机LM19.1叶片三维流场的影响,并与采用-方程S-A和两方程k-ω(SST)模型获得的全湍流计算结果比较.在计算结果与实验数据进行对比的基础上,分析了三维粘性流场的流动细节,探讨了边界层转捩对风力机叶片气动性能和载荷预估的影响,获得了叶片转捩线随风速和沿展向的变化趋势.结果显示边界层转捩使数值计算的叶片性能和载荷增大、边界层分离推迟,为风力机叶片的优化设计提供参考.     

具有微小针肋阵列靶板表面冲击传热性能研究

本文对具有微小针肋阵列的粗糙靶板表面冲击传热性能进行了稳态实验和数值模拟研究,并与平板冲击传热进行了比较分析。射流雷诺数范围是15000～30000,冲击间距比分别为1.5、3和5。通过稳态实验获得了总体平均冲击传热性能和压力损失,数值计算采用k-ωSST湍流模型分析了冲击传热系统中的流场和传热特性。结果表明:微小针肋结构明显提高了冲击冷却系统总换热量,而压力损失增幅很小;相比于平板冲击传热,冲击间距比为1.5的微小针肋靶板冲击传热量提升幅度最大。数值计算还发现,微小针肋阵列弱化了端壁传热,冲击间距比为1.5、3和5时,微小针肋靶板端壁努塞尔数分别为平板的56.3%、53.0%和46.8%。     

湍流模型对风力机叶片气动性能预估的影响

本文采用计算流体力学软件Fluent,选取单方程Spalart-Allmaras模型、两方程低雷诺数k-ε模型和SSTk-ω模型等不同湍流模型,对NREL Phase VI风洞测试风力机的无偏航工况进行CFD模拟.通过将数值计算结果与相应的实验数据进行比较,发现在叶片表面为附着流时三种湍流模型数值模拟的结果都与实验数据吻合得很好,而在失速情况下两方程湍流模型的表现要优于单方程模型,其中以SST k-ω模型对截面压力分布、转矩等的预测更加准确.     

超音速射流在高温气体环境中引射特性的模拟研究

本文以超音速氧气射流为研究对象,采用温度修正的k-ε湍流模型,对氧气射流在不同环境温度下的引射行为进行数值模拟研究.通过对模拟结果与文献中试验结果的比较发现温度修正的k-ε模型能够准确预测高温环境中射流行为.射流引射行为的模拟结果表明:环境温度对湍流射流的引射行为有很大的影响,在标准大气压下,随着环境温度的升高,射流引射率降低.与此同时,室温下的模拟结果符合经验公式,而在高温气体环境中,温度对湍流混合增长速率的影响不可忽略,随着环境温度的升高,环境气体密度和湍流混合增长速率均减小,从而使射流引射率降低并逐渐偏离室温下得到的经验公式.     

空温式翅片管气化器自然对流换热的数值模拟

建立了深冷空温式星形翅片管气化器的空气侧自然对流换热模型.利用fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法,对多组不同结构参数、不同内壁面温度的气化器空气侧自然对流换热进行了三维数值模拟.由数值模拟结果分析了气化器各结构尺寸大小与壁温对翅片管自然对流换热的影响,并拟合了气化器空气侧自然对流换热的Nu...     

叶片冲击/气膜复合冷却的数值研究

应用数值方法研究了燃气轮机透平叶片冲击/气膜复合冷却特性。首先对湍流模型进行了考核,根据与已有试验数据的比较,数值计算选用与试验结果吻合最好的SST k-ω模型进行。然后分析了不同吹风比下叶片前缘内部冲击冷却和外部气膜冷却的流动和换热特性。结果表明:冲击室内,平均努塞尔数在叶根处最低,沿叶高方向逐渐增大,从某一叶高处开始在一定的范围内波动。随着吹风比的提高,冲击室内周向平均努塞尔数及其峰值都增大,气膜孔附近的气膜冷却效率降低,气膜孔下游的气膜冷却效率增加。     

竖直直管和螺旋管内超临界CO2换热特性对比研究

采用SST k-ω湍流模型对比研究了在q=20.5~40 kW.m^-2,G=205.92~262.51 kg·m^-2·s^-1,p=8~10 MPa边界条件下超临界CO2在加热竖直直管和螺旋管内的换热差异。结果表明,在相同工况下,由于离心力引起的二次流的作用使得螺旋管相比于直管对换热有一定的强化作用,并能有效地抑制换热恶化的发生。但在拟临界点区域螺旋管的换热系数反而低于直管,主要原因是在拟临界点附近物性对换热起主导作用,离心力对管外侧的强化作用有限,而由于离心力和浮升力的弱化作用使内侧会出现显著的局部换热恶化(湍动能被抑制),从而使得截面上平均换热系数低于直管。     

球形和泪滴形凹陷涡发生器传热实验和数值计算

凹陷涡发生器是一种高效的燃气轮机涡轮叶片冷却结构,本文对分别具有球形和泪滴形凹陷涡发生器阵列的表面传热与流动性能开展了实验和数值计算研究。本文分别采用Standardκ-ω,SST和Reliazableκ-ε三种湍流模型计算了凹陷涡发生器表面湍流传热与流阻性能,并与实验结果进行了对比,确定了Standardκ-ω是研究凹陷传热和流动最精确的湍流模型。通过该研究,获得了球形和泪滴形凹陷涡发生器在雷诺数范围8500~60000内的传热及流阻和流动特性。该实验研究表明,与光滑通道内湍流流动相比,球形凹陷传热性能提高约60%,摩擦因子增加约70%;泪滴凹陷传热性能提高约90%,摩擦因子增加一倍左右。泪滴形凹陷表现出更好的传热性能和综合热性能。     

气膜冷却计算中湍流黏性系数的修正

燃气轮机高温叶片气膜冷却中的复杂涡系结构使得流动传热很难被准确预测.本文基于平板气膜冷却数值和实验研究结果,指出雷诺平均算法中常用的湍流模型在射流侧向输运和二次涡的捕捉上具有相当的局限性.文中对湍流黏性系数提出了各向异性对数率涡黏模型(ALEV模型)修正,基于ALEV模型修正后的湍流模型增强了射流的侧向输运,减弱了二次...     

不同湍流模型对燃气透平静叶及动叶叶顶传热预测精度的研究

本文研究了不同湍流模型对燃气透平静叶、动叶叶顶和机匣传热的预测特性,分析了SSTγ-θ模型在不同湍流强度、湍流尺度和雷诺数下对C3X静叶传热系数的计算精度。结果表明:SSTγ-θ模型对静叶传热系数的预测精度明显优于其它两方程湍流模型;SSTγ-θ模型的计算结果在本文所研究的湍流强度和雷诺数范围内与试验结果能够很好吻合;不同湍流模型计算的叶顶和机匣传热系数分布规律与试验结果相似,SSTγ-θ模型的预测结果在叶顶及机匣的大部分区域与试验结果最为吻合。     

半周加热光管内超临界水传热特性的数值模拟

采用SSTκ-ω湍流模型,对半周加热光管内超临界水的传热特性进行了数值模拟研究。计算结果表明,半周加热光管内,壁温沿周向呈抛物线型分布,加热侧中点壁温达到峰值,绝热侧中点壁温度达到谷值。半周加热条件下,壁温峰值比全周加热条件下的高,但发生传热恶化时的临界热流密度更高.上升流中,浮升力与流向一致,使边界层内工质流速增加,进而减小湍流强度,削弱传热;下降流中,浮升力与流向相反,强化了传热。     

液态铅铋合金横掠管束对流换热数值计算

直流螺旋管式蒸汽发生器具有结构紧凑和换热系数高等优点,能够进一步提高液态金属反应堆的紧凑性和经济性。此时蒸发器壳侧为液态金属横掠管束流动,而在可查阅文献中专门针对液态金属横掠顺排管束的换热关系式却很有限。本文采用SST k-ω模型和湍流普朗特数模型数值研究了液态铅铋合金横掠顺排管束的流动和换热特征。首先采用前人的实验结果对数值模型进行了验证,模拟结果与努塞尔数实验值偏差小于8%。研究了普朗特数、雷诺数以及管束结构对液态金属横掠顺排管束换热特征的影响。讨论了不同工况下分子热扩散系数和湍流热扩散系数对于换热的贡献以及传热管周向局部换热特征。最后根据计算结果拟合出了液态铅铋合金横掠顺排管束的努塞尔数公式。     

旋转射流搅拌石灰浆池气液两相流特性研究

基于三维石灰浆池Eulerian多相流模型,结合标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,通过Fluent软件研究了旋转射流搅拌系统(RJM)作用下湿法脱硫(FGD)石灰浆池中的气液两相流特性。模拟结果表明随着旋转射流器自转角速度的增加,浆池内部射流长度和氧化空气横向速度呈现出先增大后减小的趋势,氧化空气分布同样呈现先趋于良好后趋于恶化趋势;当射流出口速度增大时,射流长度、氧化空气横向速度以及Z向速度也随之增大,氧化空气分布逐步改善。     

基于CFD的射流抛光喷射距离的分析和优化

分析了喷射距离对射流抛光效果的影响,基于计算流体动力学进行了喷射距离的分析和优化.通过构建射流抛光不同喷射距离的物理模型,采用能更好地处理流线弯曲程度较大的流动的RNG k-ε紊流模型应用于射流抛光的数学建模,使用SIMPLEC算法对射流模型进行数值计算,得到了不同模型的射流抛光冲击射流流场及工件壁面上的冲击压力、紊动强度、壁流速度分布.根据射流抛光对冲击射流特性的要求,比较和分析不同喷距模型的数值仿真结果,结果显示,射流抛光最优化喷距范围为喷嘴口径的10倍至12倍之间.