高温平板气膜冷却流热耦合数值模拟

本文采用流热耦合的数值计算方法,对某高温平板气膜冷却实验台试验段进行了数值模拟,主要研究内容包括:数值预测热障涂层对超级合金平板的热保护作用、主流加入水蒸气后对气膜冷却效果的影响以及平板内部温度沿板厚方向分布的特点.通过对数值模拟结果的分析发现,热障涂层能够有效地保护超级合金平板表面;主流加入水蒸气后气膜冷却效率会降低.此外,在射流孔附近区域,平板内部温度沿板厚方向的分布是非线性的,越远离射流孔,该温度分布越接近线性.     

综合冷却效率多参数影响分析

先进的透平冷却技术趋于复杂化、多样化,冷却系统的综合冷却效果是各冷却部件共同作用的结果。本文针对冷却传热构建基于冷气温升系数和内外换热比的一维耦合传热关联式,并借助绝热/耦合实验结果进行适用性验证,进而进行综合冷却效率的多参数影响定量分析和敏感性分析.研究表明,所构建的一维耦合传热模型能够分离各局部冷却参数的影响·,其在预测综合冷却效率上与实验测量结果吻合较好,其适用性得到验证·;各局部冷却参数中,气膜效率、内部换热系数、热障涂层毕渥数与综合冷却效率正相关,冷气温升系数,金属毕渥数与综合冷却效率负相关;热障涂层的存在会削弱内外冷却参数的敏感性;通过对综合冷却效率等值线图的分析,可以进一步得到各参数细节的定量及敏感性分析结论。     

曲面对层板/热障涂层耦合结构冷却特性的影响

先进的双层壁化叶片表面喷涂热障涂层是提升未来航空发动机热效率的关键技术之一。本文利用数值模拟探讨了壁面曲率对涂敷热障涂层的双层层板冷却结构体系中各热防护措施(包括：气膜冷却、内部近壁换热及表面涂层隔热)的影响,并在不同热障涂层厚度和冷/热气流吹风比下,开展了金属表面综合冷却效率(?)和TBC热防护效率(τ)对壁面曲率的敏感性分析。结果表明：曲面对气膜效率和热障涂层热防护作用影响较大,但几乎不会影响内部传热。凸面模型具有最高的气膜效率,而在凹面模型中使用热障涂层会产生最大的?增量。整体来看,凸面具有最高的?和τ,凹面下这两种效率均最低。吹风比增加会显著降低?和τ对曲面的敏感性。热障涂层厚度增加会削弱?对曲面的敏感性,但会增强τ对曲面的敏感性。     

CFETR内冷屏结构方案初探

基于现有冷屏结构,结合 CFETR 聚变堆装置的结构特点,提出了一种沿冷却板厚度方向钻冷却通 道的深孔结构方案。对内冷屏各部件设计了并联加串联的特殊流道,采用有限元法计算了该方案内冷屏各部件的 温度分布。结果表明,采用深孔法冷却方式,冷屏温度分布更均匀,降温效果更好。在输出辐射功率相近的条件 下,深孔法的冷却方式可将表面辐射率上限由 0.05 提高到 0.075,能用低表面辐射率和低活化性材料如铬和钨元 素作为冷屏表面涂层替代银涂层。     

燃烧室温度剖面对静叶端壁冷却的影响

为了降低污染物排放,燃气轮机燃烧方式的改变所带来的透平进口温度剖面的改变,会对透平一级静叶冷却带来较大的影响。本文根据真实燃气轮机透平入口的温度条件,抽象出三种具有代表性的燃烧室出口温度剖面,分别研究其对端壁冷却的影响。结果表明,燃烧室出口温度剖面会对静叶端壁近压力面侧、吸力面的上下角区温度分布造成较大影响。     

模拟叶片前缘的复合冷却实验研究

提高涡轮前温度可改善发动机性能。当前国外先进航空发动机的涡轮前温度已提 高到1700K左右。远远超过了材料容许的温度,这就必须采用有效的冷却技术。在涡轮叶片上以冲击-气膜复合冷却应用得最为广泛。在国内外发表的一些文献中,对纯冲击冷却及纯气膜冷却都曾进行过大量研究。但目前对冲击-气膜复合冷却的研究公开发表的文献尚不多见。本文仅就叶片前缘的冲击-气膜复合冷却的机理通过实验作初步的探讨。     

多场耦合下透平冷却高温影响特性

透平进口温度持续提高,使得实验测试条件难以实现全温全压的测量,往往采用降温降压工况。本文采用耦合数值方法,分别针对耦合气膜冷却平板及耦合叶栅模型,分析多场耦合下的高-低温传热特征,探索透平冷却温度水平影响特性及机理。研究表明,综合冷却效率分布受金属、流体物性及内外部冷却多方面综合影响;比较无量纲参数相同的高-低温工况,高温使得有TBC涂层时综合冷效偏高,无TBC涂层时综合冷效偏低;无量纲参数相同的高-低温工况,在平板上综合冷却效率分布规律基本一致,在叶栅表面压力面和前缘较为一致,其余部分相差较多;在一定的温度差距内,高-低温工况结果仍可保持一定的一致性。     

进口温度不均匀对气冷涡轮叶片传热的影响

本文对带有复合冷却结构的航空燃机高压涡轮导向叶片进行了气热耦合数值模拟研究,分析了温度径向分布不均匀和存在"热斑"涡轮进口条件下对气冷涡轮叶片传热的影响,研究发现进口温度径向不均匀分布在涡轮叶片径向中上部形成相对集中的带状高温区域,并使下游气膜冷却效果降低,热斑的存在进一步加剧对叶片局部区域的热冲击,复合冷却结构能够比较有效地降低由于进口温度不均匀所形成叶片表面局部高热区域的热负荷。     

陶瓷涂层叶片与内冷强化的性能分析

虽然陶瓷本身具有良好的耐热性能,但粘结剂的温度限制要求加强叶片的内部冷却。本文分析了内冷强化对陶瓷涂层效能的重大影响,提出了加强叶片冷却的几个措施,并通过计算作出了不同冷却条件下叶片前驻点温度与陶瓷涂层厚度的关系曲线。最后利用斯贝MK202发动机一级导向叶片的有关参数对陶瓷涂层叶片进行冷却计算,计算结果表明了采取强化冷却措施后的陶瓷涂层叶片的优良性能。     

Ta／WS／Sn复合涂层等离子喷涂工艺研究

运用等离子喷涂技术制备多层屏蔽复合涂层，根据钽、钨、锡材料的物理特性及工艺特点，分别设计了自动喷涂工艺，既保证了涂层的性能，又提高了喷涂工艺的重复性；在喷涂区域使用氩气保护装置制造局部隋性气氛，简便有效地控制了涂层材料在高温等离子体喷射过程中的氧化：综合使用温度测试、力学拉伸、金相组织及化学成分等分析方法，综合考虑优化喷涂功率、喷涂距离等喷涂参数对基体温度、涂层中氧化物含量、涂层密度的影响，优化喷涂工艺参数，制备出厚度均匀、绢织致密的Ta／W/Sn复合涂层。