旋转对带冲击孔的叶片前缘流动和换热的影响

本文采用数值模拟方法,对带有供气腔和冲击腔的旋转通道内的流动和换热进行了研究,获得了旋转时叶片前缘冲击孔流量系数以及冲击靶面平均Nu数的变化规律.计算结果表明,旋转作用所产生的哥氏力改变了冲击孔的流量系数值,转速越大,哥氏力作用就越明显.流量系数随着旋转雷诺数和出流比的增加而增加,随着入口雷诺数的增加而降低.旋转对冲击靶面的平均Nu数的影响不明显,只有在较高转速时, Nu数才随着转速的增加而稍有增加.     

涡轮机匣内部冷却结构换热特性的实验研究

为获得涡轮机匣内部冷却结构的换热特性,利用瞬态液晶技术测量了动力涡轮机匣中环腔及机匣后腔内表面的换热系数,获得了进口雷诺数(Re=3.0×10~4～9.5×10~4)和出流比(M=0.5～2.0)影响下机匣内表面的换热规律。结果表明:机匣内表面换热系数随射流雷诺数的增大而升高,冲击射流在轴向及周向的发展使得环腔表面形成三角形和圆形高换热区。射流冲击倾斜靶面后,贴壁射流对后腔上表面形成二次冲击,提升了局部换热系数。对后腔下表面而言,随着出流比的增加,冲击靶面上游区域平均努塞尔数逐渐增加,最大增幅分别为8.5%和12.3%,而靶面下游区域平均努塞尔数逐渐减小,最大降幅分别为18.5%、26.3%和34.6%。对后腔上表面而言,出流比的增大对换热系数影响很小。     

冲击射流在凹坑壁面通道内的换热特性研究

采用热色液晶瞬态测温技术对航空发动机进气道支板的带凹坑壁面通道内表面开展冲击换热实验。研究了不同射流角度和射流雷诺数下通道内表面的换热特征。结果表明:沿流向在出气缝附近形成换热的高值区,在凹坑尾缘形成局部的高值区。凹坑壁面的换热要强于光滑壁面。随着射流雷诺数的增加,平均努塞尔数增大。当射流倾斜入射时,被冲击一侧换热较高,在驻点区域以及凹坑的尾缘换热最强,另一侧内壁面换热相对弱。射流角度30°时,被冲击面的换热最显著。在射流角度15°时,前缘附近的换热效果最强。     

微圆管内液体流动与换热特性的实验研究

以去离子水作为工质,在当量直径300-1570μm的微圆管(1cr18Ni9Ti)内进行层流流动与换热特性的实验研究。实验结果表明当壁面粗糙度超过1％时摩擦系数随着壁面相对粗糙度的增加而增加。在给定外壁面热流密度的条件下,当雷诺数小于100时,管壁轴向导热对换热特性的影响随着壁厚与内径比的增加而增大;当雷诺数大于100时,轴向导热的影响随着雷诺数的增加逐渐减弱,充分发展区的Nu数接近常规值4．36。     

信号组合对周期性射流冲击换热的影响

利用信号发生器控制质量流量控制仪来产生波形和频率可调的周期性变化的非稳态射流,实验研究了由标准矩形、正弦、锯齿和跳变脉冲信号组合产生的周期性波形的冲击换热性能,频率范围1.25 Hz~20 Hz。研究表明,信号组合后的非稳态射流对平板换热的平均换热系数有一定影响,射流冲击换热的无量纲平均Nu数在滞止点及其周围的改变主要取决于信号的变化规律和变化的频率;跳变信号的加入可以在一定程度上增加被冲击平板的平均Nu数;组合的正弦矩形和锯齿矩形非稳态射流在频率增加到10 Hz之后可以获得比稳态射流增强的换热效果。     

U型通道内部流动与换热的数值研究

应用数值方法研究了燃气轮机叶片内部U型通道内流动与顶部换热特性.采用SST k-ω模型,分析了U型通道内光滑和带凹坑顶部结构以及不同Re数和旋转数对U型通道内部流动和顶部换热的影响。结果表明:在静止条件下,带凹坑结构的通道顶部Nu数较高,并且随着凹坑深度的增加,通道顶部换热能力增强;并且凹坑结构对通道压降的影响较小。随雷诺数增大,凹坑对通道顶部换热增强的幅度降低。在旋转状态下,随着旋转数的增加,通道顶部换热能力增强,但通道压降增大。     

狭窄通道具有针肋的表面冲击冷却实验研究

本文通过热敏液晶瞬态测量技术对狭窄空间内的光滑靶板和带有针肋扰流的表面冲击冷却展开了实验研究,射流Reynolds数范围15000~30000。实验获得了冲击靶板表面高精度的局部Nusselt数分布,通过分析获得了如下结论:1)两种靶板上的横向平均Nusselt数比Nu/(Re~(0.8)Pr~(1/3))变化趋势均几乎不随Re数变化;2)带有针肋的表面冲击冷却其端壁平均传热性能比光滑靶板高约7.0%,压力损失最大提高约17.9%;3)带有针肋的表面冲击靶板上传热驻点的分布与光滑靶板几乎一致,针肋的存在不影响横流导致的射流偏移作用;4)由于针肋显著地增加了冲击冷却系统中的换热面积,因此针肋表面的射流冲击总体传热性能会比光滑表面射流冲击显著提高。     

铜泡沫冲击射流换热及流动可视化研究

本文实验研究了圆管冲击射流下通孔金属泡沫的流动换热特性,测量了10 PPI和30 PPI铜泡沫的平均努塞尔数Nu_(avg),同时采用烟线法得到冲击射流下铜泡沫的流场可视化图像。结果表明:在较高雷诺数下,存在最优冲击距离使铜泡沫的换热性能最优;在低雷诺数下,通孔铜泡沫的换热性能受冲击距离的影响较小。孔密度为10 PPI的铜泡沫较30 PPI铜泡沫的换热性能提高了约30%。通过流动可视化解释了铜泡沫的换热性能随冲击距离和PPI变化现象。     

自激励旋进射流的流场及换热模拟

本文使用大涡模拟模型对自激励旋进射流的内部流场和冲击平板换热的温度场进行数值模拟,得到了不同进口Re数和不同膨胀比情况下的旋进射流的内部流场和冲击平板的温度场,并在此基础上分析了不同进口Re数和不同膨胀比对换热Nu数的影响.数值模拟表明,在本文所研究的进口Re数和膨胀比的变化范围内可以得到自激励旋进射流,射流对加热平板的冷却具有不对称的特征,Re数和膨胀比的增加对Nu数都有影响.     

旋转射流冲击换热液晶显示实验研究

采用热色液晶测温技术对以二氧化碳为工质的稳态射流冲击换热和管内插入扭转带方式的旋转射流冲击换热进行了实验研究。与普通射流相比,旋转射流导致驻点附近区域的换热趋于均匀化。其换热系数在大于某一半径之后高于普通射流,但在驻点附近相对较低。旋转射流对换热的此种影响随雷诺数的增大而减弱。     

模拟涡轮叶片内冷通道方管和锥形管换热的实验研究

1引言在现代燃气涡轮发动机中，涡轮叶片内部设计了各种复杂的冷却通道结构，通人冷却空气，使工作状态下涡轮叶片温度降低，发动机得以安全运转。为此对干旋转情况下各种冷却方式换热效果的研允具有一定的现实意义。本课题时旋转状态下的方形等截面通道和收缩通道的局部对流换热特性进行了初步实验研究。为了近似地模拟叶片的冷却通道，本实验设计了光滑壁面的等截面方形通道、截面为矩形的收缩通道的实验模型。试验模型垂直于试验台的旋转轴转动，冷却气流流动方向向外。通道的热边界条件为等热流。2基本理论分析和实验研究旋转状态下的动…     

A numerical study of rotation effects on jets effusing from inclined holes into a cross-flow

In this work, the complexity of the flow field arising from the impact of the interaction of coolant jets with a hot cross-flow under rotation conditions was numerically simulated using large eddy simulation with artificial inflow boundary condition. The finite-volume method and the unsteady PISO (Pressure Implicit with Splitting of Operators) algorithm were applied on a non-uniform staggered grid. The simulations were performed for four different values of rotation number (Ro) of 0.0, 0.03021, 0.06042, and 0.12084, a jet Reynolds number of 4700, based on the hole width and the jet exit velocity. The air jet was injected at 30° and 90° in the streamwise direction with a density ratio of 1.04 and a velocity ratio of 0.5. The flow fields of the present study were compared with experimental data in order to validate the reliability of the LES technique. It was shown that the rotation has a strong impact on the jet trajectory behaviour and the film cooling effectiveness. The film trajectory always inclines centrifugally. Under rotating conditions, the film trajectory departs from the centreline to the left boundary. The deflection becomes greater as Ro increases. Furthermore, it was also found that the injection angle has a strong impact on separation and reattachment behaviour as well as the strength of the penetration into the cross-flow. As it increases, the distribution of the film cooling downstream the jet exit is more non-uniform and the film cooling effectiveness level slightly decreases.     

Finite-size effects lead to supercritical bifurcations in turbulent rotating Rayleigh-Bénard convection

In turbulent thermal convection in cylindrical samples with an aspect ratio Γ≡D/L (D is the diameter and L the height), the Nusselt number Nu is enhanced when the sample is rotated about its vertical axis because of the formation of Ekman vortices that extract additional fluid out of thermal boundary layers at the top and bottom. We show from experiments and direct numerical simulations that the enhancement occurs only above a bifurcation point at a critical inverse Rossby number 1/Ro(c), with 1/Ro(c)∝1/Γ. We present a Ginzburg-Landau-like model that explains the existence of a bifurcation at finite 1/Ro(c) as a finite-size effect. The model yields the proportionality between 1/Ro(c) and 1/Γ and is consistent with several other measured or computed system properties.     

Effect of impingement jet on the full-coverage film cooling system with double layered wall

The present study was conducted to evaluate the total cooling effectiveness in combined full-coverage film cooling and impingement jet using an infrared thermographic technique. The effect of film cooling hole angle, blowing ratio, and height to diameter ratio between the film cooling and impingement jet plates was discussed. The total cooling effectiveness increased as impingement jet cooling was added. The angled film cooling holes had approximately 4.6% higher total cooling effectiveness than the normal film cooling holes. The total cooling effectiveness was almost constant regardless of height to diameter ratio, but enhanced as the blowing ratio was increased.     

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。     

Enhanced vertical inhomogeneity in turbulent rotating convection

In this Letter we report experimental evidence that rotation enhances vertical inhomogeneity in turbulent convection, in spite of the increased columnar flow ordering under rotation. Measurements using stereoscopic particle image velocimetry have been carried out on turbulent rotating convection in water. At constant Rayleigh number Ra=1.11 x 10(9) several rotation rates have been used, so that the Rossby number takes values from Ro=infinity (no rotation) to 0.09 (strong rotation). The three-component velocity data, obtained at two vertical positions, are used to investigate the anisotropy of the flow through the invariants of the Reynolds-stress anisotropy tensor and the Lumley triangle, as well as to correlate the vertical velocity and vorticity. In the center plane rotation causes the turbulence to be "rodlike," while closer to the top plate a trend toward isotropy is observed.     

微射流阵列冲击恒热流壁面换热数值模拟

微射流冲击作为一种高热流冷却技术,在大功率激光器、微电子芯片等微型高热流器件冷却方面有广阔应用前景.本文对微射流阵列冲击恒热流表面的换热情况进行数值模拟,详细分析了微射流阵列的换热特点,对比了射流孔顺排和叉排方式的冷却性能,得出射流入口雷诺数、射流孔间距、射流高度等因素对冷却特性的影响规律.     

油束撞击形成混合气及其燃烧过程的机理研究

本文介绍了用多次喷雾叠加摄影与激光粒子分析技术对燃油喷雾撞击前后的粒径、贯穿度以及喷雾锥角等因素变化所进行的观察和测量以及介绍了利用双像高速摄影技术对燃油束撞击雾化形成的混合气以及燃烧过程特点的研究。结果表明,燃油经撞击后可显著地增大油束扩散角、不同程度地影响了燃油束的贯穿度,但对燃油束撞击前后滴径变化的影响不大。混合气形成及其燃烧过程的高速摄影研究结果表明,燃油束撞击雾化对加快燃油与空气的混合并促进其火焰扩展起到重要作用。另外撞击反弹方向和喷油压力等也是影响混合气形成和燃烧的重要因素。     

涡轮叶片前缘阵列冲击冷却流动及传热特性数值研究

本文采用SST湍流模型模拟了类前缘通道内蒸汽射流阵列冲击冷却的流动与传热特性,分析了雷诺数(Re=10000~50000)、孔径比(d/H=0.5~0.9)和孔间距比(S/H=2~6)对流动及传热性能的影响规律,得到了相应的传热和摩擦关联式。结果表明:在不同雷诺数下,d/H从0.5到0.9变化时,通道压力损失系数降低了76%~79%,靶面平均努塞尔数降低了45%~49%;S/H从2增至6时,通道压力损失系数增加了1.64~1.92倍,靶面平均努塞尔数增加了54%~64%;增大d/H、减小S/H可有效提高类前缘通道蒸汽冲击冷却的综合热力系数。本文研究结果可为未来先进燃气轮机高温涡轮叶片蒸汽冷却结构的设计提供参考和借鉴。     

非定常激波对气膜冷却影响的数值模拟

利用数值计算的方法研究了非定常激波对下游涡轮叶片表面气膜冷却的影响.冷却气流在激波和尾迹经过的过程中,发生了上扬和重新被压制回壁面的现象.考察了壁面上特定点在有气膜和无气膜情况下的换热量.通过计算发现,有气膜时的换热量有不同程度的下降,而且换热量随时间变化的趋势也发生了很大的变化.气膜的覆盖减小了主流场对壁面换热量的影响.