窄缝通道对流换热与扰流柱的强化作用——关于涡轮叶片尾部冷却的研究

冷却空气高速通过叶片尾部弦向窄缝通道可对叶片尾部进行有效冷却,扰流柱的设置可提高换热系数.窄缝换热本质上就是高宽比较大的矩形通道换热,由于具有较大的散热面积早在50年代就在航空和核工业中得到较多研究,但不同作者的实验结果差别较大,在表1中列出近20多年来的一些研究结果.     

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     

常压下液氮窄缝池沸腾实验研究

采用玻璃钢 (FRP)制成的矩形窄缝 ,对三种不同的间隙尺寸 ,分加热面与水平面呈 0°,4 5°,90°,135°,180°五种角度 ,以液氮为工质进行了 15组池沸腾实验。得出结论 :液氮在窄缝中的沸腾传热有明显的强化换热效果 ;加热面所处角度不同 ,在相同热负荷下壁面过热度亦不同 ,滑移汽泡和微液膜蒸发机理在通道中发挥的作用也相应不同。该研究对于有限空间传热强化的机理和实际应用都有一定的参考价值和指导意义。     

窄缝通道中液氮的沸腾传热研究:第二部分:窄缝通道尺寸对液氮临界热流密度(CHF)的影响

在实验的基础上对窄缝通道中液氮的临界热流密度进行了实验研究.实验针对3个不同长度和间距尺寸的窄缝通道在多方位倾角的情况下进行.系统研究了窄缝的方位倾角和窄缝的几何尺寸对临界热流密度的影响,同时对液氮的膜态沸腾进行了研究.     

垂直矩形窄缝流道内的过冷流动沸腾换热

本文研究了有压模化介质在垂直矩形窄缝流道内的过冷流动沸腾换热，考察了质量流速、断面平均过冷度和饱和压力对沸腾换热系数的影响，与Ｇｕｎｇｏｒ关系式进行比较，流道的换热强化因于在１３～２１之间．     

多方位矩形窄缝中液氮沸腾传热特性实验研究

本文实验研究了常压下液氮在多方位矩形窄缝通道中的沸腾传热特性。研究发现液氮在不同窄缝方位角时,壁面过热度有差异;窄缝间隙愈小,沸腾传热系数愈高。在中等热流密度下,强化传热作用明显,传热系数可达常规光管的3～5倍。加热面呈0°和180°放置时,在相同热流下其他角度尚处于核态沸腾区时,已达CHF点。     

窄缝通道中液氮的临界热流密度实验研究

本文在实验的基础上对窄缝通道中液氮的临界热流密度进行了实验研究。实验针对3个不同长度和间距尺寸的窄缝通道在多方位倾角的情况下进行。实验测量结果显示窄缝的方位倾角和窄缝的间距尺寸对临界热流密度有很大的影响。临界热流密度随窄缝间距尺寸的减小而减小,随着窄缝倾角的变化先增加(0°-90°)后减小(90°-180°),而窄缝长度对临界热流密度的影响作用较为复杂。通常,临界热流密度在倾角为90°时达到最大值。     

窄缝通道中液氮的沸腾传热研究第一部分:窄缝通道尺寸对传热特性的影响

窄缝通道中的液氮沸腾传热特性有别于开放空间中的情况.文中对常压下液氮在矩形窄缝通道内的沸腾传热进行了实验研究,系统地研究了窄缝几何结构参数和倾角对液氮的沸腾传热特性的影响.     

蒸汽加热竖直矩形窄通道流动沸腾换热的研究

为研究板式换热器内(蒸发-冷凝器)两相换热机理及流型特征,建立单侧蒸汽加热竖直矩形窄通道可视化实验系统,并进行实验研究。结果表明:在窄通道换热中,以核态沸腾换热机理更为活跃,流动沸腾受到抑制,表面换热系数最大值出现在核态沸腾区域;随着入口温度越高,表面换热系数最大点往左迁移,随着质量流量的增大,过冷段增加,沸腾起始点升高,表面换热系数最大点往右移;矩形窄通道主要出现泡状流、合并汽泡流、搅拌流和环状流四种流型;将实验数据与现有流型图进行对比,发现流型转变与质量流量、通道尺寸及加热方式有关。该研究为更好的设计板式换热器提供了理论依据。     

强化换热通道中扰流元场协同优化研究

对一种场协同式周期性强化换热通道进行了数值模拟研究,考察了折流翅片不同角度、不同间距对通道换热特性的影响。计算结果表明,翅片倾角增大或间距缩小均有利于换热强化。强化效果随Re数的增大而愈加显著。     

微尺度平面射流冲击的强化传热实验研究

本文以煤油为工质进行了窄缝射流冲击传热实验研究。对射流冲击平板时的局部传热分布做了测定，并发现了局部换热强化现象，这是由于存在壁面射流区边界层流动由层流向湍流的过渡。实验采用宽度为１２５μｍ的窄缝喷嘴，射流出口速度为６～１４ｍ／ｓ，雷诺数Ｒｅ范围６００～１２００。     

三角通道对流换热的数值分析与实验研究

本文对等腰三角形通道内气体的流动与换热问题进行了实验研究和数值分析计算,测量了顶角为30°和60°角的四种通道的气体速度,温度和壁温分布,获得了三角形通道的阻力系数和换热系数,研究了边壁厚度和强化换热粗糙元对换热的影响.为了把有限的实验资料推广到其它三角形通道,对任意顶角的等腰三角通道内的湍流换热问题作了数值计算,计算中考虑了边壁导热影响和壁面粗糙元影响,计算结果和实验结果吻合良好. 三角形通道在航空发动机叶片的冷却,化工设备和换热器的生产设计中都有很重要的应用。在文献报告中有关三角通道对流换热的研究主要是对小顶角等腰三角通道和等边三角形两种情况而做的,因此对三角形通道对流换热问题作进一步的研究是很有意义的.     

2D拟流线型翅片强化通道内换热数值模拟

对一种拟流线型场协同式翅片周期性强化换热通道进行了数值模拟研究.考察了Re数范围为100～700时,通道不同高度及折流翅片距通道壁面不同距离时的换热特性.计算结果表明,速度场和温度梯度场的协同度对对流换热起着重要作用,而折流翅片的存在有效地改善了速度场和温度梯度场的协同性.翅片与壁面之间距离的增大及通道高度的减小均不利于换热强化.在相同泵功的评判准则下,强化效果随Re数的增大而愈加显著.     

空气喷吹强化水平旋转圆筒的冷却

一、前言 空气冷却旋转圆筒,文献[1]曾研究了均匀流场中空气外掠水平旋转圆筒的换热,实验圆筒直径50mm。文献[2]则在忽略自然对流的条件下,对均匀流场理想绕流的旋转圆筒换热进行了理论分析。对于较大直径的旋转圆筒,采用置于风洞中冷却的方法是极不经济的,有鉴于此,本文提出采用条形喷咀喷吹的方法强化旋转圆筒的冷却,并研究了它的换热过程,得到了换热关联式。     

粗糙矩形通道的强化换热与流动阻力

本文研究了粗糙矩形通道的强化换热和流动阻力,给出了通道中壁和角区局部换热系数经验公式与流动阻力计算式;得出了在一定的h/de情况下s/h的最佳强化换热区域。实验结果表明在相同的h/de和s/h情况下,横肋管的换热性能优于斜肋管。     

旋转条件下热驱动换热效果比较研究

本文在涡轮叶片新型超级冷却技术机理研究的基础上,设计了旋转条件下带冷却通道的新型超级冷却与涡轮叶片粗糙肋强化冷却对比实验。主要研究了旋转条件下带冷却通道的新型超级冷却换热规律,对比研究了粗糙肋强化冷却换热效果,通过对两种冷却技术换热效果的对比分析,结果表明:基于热驱动理论的新型超级冷却技术具有较好的换热效果。     

水平细长通道中的流动沸腾实验研究

本文主要研究了去离子水在截面为矩形(1 mm×2 mm)的水平长直细通道中的流动沸腾,实验中采用了可视化手段观察通道中的各种流型的演变。实验采用均匀加热和模拟逆流加热两种手段对通道进行加热,并对不同工况下两者的沿程局部换热系数进行了分析对比分析.两者的局部换热系数都逐渐增加,模拟逆流加热条件下的换热系数曲线增势较陡,干涸流的出现会导致换热系数降低.同时,实验中观察到了6种流型,并对流型的分布做了介绍。     

交叉扭转椭圆冷却通道流动和换热研究

本文基于场协同理论,提出了一种可用于燃气透平叶片内部冷却的交叉扭转椭圆形截面内部冷却通道,其基本原理在于通过椭圆形截面通道的交叉扭转,能够实现纵向二次涡的产生,从而强化透平叶片的内部冷却。结合Fluent软件,对该通道内的流动阻力和换热特性进行了计算,并在此基础上分析了交叉扭转角度和长短轴长度比对通道内部流动和换热特性的影响。结果表明:交叉扭转椭圆截面通道使内部冷却显著强化,而流阻增加较少,计算工况下同功耗下的强化换热指标可达1.5;通道的最佳扭转角度范围宽广,实际应用中交叉扭转角度可以在45°～90°之间灵活选取;通道截面的最佳长短轴长度比为1.3～1.5。     

窄间隙矩形通道内纵向涡有效作用距离初步研究

由于纵向涡发生器(LVG)作用距离远、结构简单、安装高度低,对于一些具有窄间隙通道的换热结构,纵向涡(LV)强化传热有着较强的应用价值。在窄间隙矩形通道水介质条件下应用这种技术时,LV的有效作用距离直接关系到传热强化效率和是否具有推广应用的价值。本文采用数值模拟方法对这一问题进行了模拟,并采用旋涡强度剩余率作为判别依据,结果表明在本文参数范围内,纵向涡有效作用距离为LVG高度的68.3～77.4倍,并且这一范围与Re数关系不大。     

硅基内肋阵列微通道内的流动和换热特性

制作了四种带有圆柱形内肋阵列的硅基微通道,以去离子水为工质对其内部流动和换热特性进行了实验研究,并与平直微通道进行了对比,分析了内肋阵列微通道中流动阻力提升和强化换热的机理。研究表明;内肋阵列带来较大阻力的同时也极大地改善了换热;流体流经内肋阵列微通道时,其阻力在低Re数下主要来自壁面效应产生的摩擦阻力,高Re数下则受绕肋产生尾涡的影响较大;不同内肋布置方式对流体流动和换热影响显著,叉排布置比顺排布置的内肋阵列微通道具有更大的摩擦因子和换热系数,且增大垂直于流动方向内肋密度更有利于增强换热;内肋排列最为紧密的微通道#2综合换热性能最好,相同泵功下,其换热热阻相对于平直微通道降低了53.4%。