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.     

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.     

高温涡轮叶片三种内冷通道冷却性能的实验研究

本文用实验方法研究了高温涡轮叶片三种内冷通道的压力分布、冷热态流阻及局部换热系数分布．叶片前部分别采用径向光滑通道、集中冲击冷却和分散冲击冷却三种结构，叶片后部则分别采用三排φ3扰流柱和五排φ2扰流柱稠密布置两种结构．对这三种结构进行了冷却性能比较，提出了该类冷却通道的最佳结构．     

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。     

三角形微通道流动冷凝的实验研究

实验研究了三角形硅微通道中的流动冷凝.通道中的冷凝流型沿程主要有珠状流、环状流、喷射流和弹状-泡状流等.在同一通道中,喷射流位置随着工质流量的增大而延后;在相同蒸气入口雷诺数下,喷射流位置则随着通道尺度的增大而延后.喷射流频率随着蒸气入口雷诺数和冷凝液韦伯数的增大而增大.较小水力直径的三角形通道中的流动冷凝不稳定性较高.冷凝通道的壁面温度呈沿程下降趋势.在同一通道中,流动冷凝的平均冷凝传热系数和平均努塞尔数,皆随着蒸气入口雷诺数的增大而增大,通道尺度的减小显著强化冷凝传热.     

扩缩型微通道内流体流动及传热特性数值分析

微通道内扩缩结构的布置,有利于诱发二次涡流,提高传热性能。基于单侧矩形肋微通道(MC-OSRR),提出了单侧矩形肋和空腔(MC-RR.RC)、单侧矩形肋和扰流柱(MC-RR.RPF)两种组合结构微通道优化模型。在验证数值方法有效性的基础上,以去离子水为流动介质,运用Fluent软件模拟研究了不同体积流量、壁面温度、进口温度条件下扩缩型微通道的流动与传热特性。结果表明,空腔和扰流柱结构的引入,能进一步诱发二次流,促进流动混合,低体积流量下有利于增强单侧矩形肋微通道整体性能;相比空腔结构,布置于通道中央的扰流柱结构对主流体的扰动更为剧烈,高体积流量下无法在控制阻力增加幅度的基础上强化单侧矩形肋微通道传热。     

涡轮叶片冷却通道高性能微小肋湍流传热的数值研究

为了提高涡轮叶片内冷通道的换热性能,针对分别带有直肋、斜肋、V肋和W肋这四种微小结构肋的冷却通道进行了数值计算并。通道宽高比为6,肋间距与肋高比为10,肋高与水力直径比为0.029。采用低雷诺数AKN k-ε模型研究了雷诺数范围从36700到60000时四种带肋通道的换热与流动特性并与实验结果相比较,发现通道换热性能和压力损失与稳态实验结果较一致。研究表明,W肋换热性能最优,其平均努塞尔数是流动充分发展的光滑通道的2.2到2.4倍,摩擦因子是光滑通道的3.7～4.0倍。其次是V肋、直肋,斜肋最低。分析流场发现直肋下游回流区最大,壁面努塞尔数在横向上较均匀,而斜肋、V肋和W肋因为二次流的存在回流区较小,壁面努塞尔数沿着肋展方向降低。     

边缘效应对小型平直翅片管束传热和阻力性能的影响

本文通过数值模拟方法对四排管叉排布置的小型平直翅片管束的传热和阻力性能进行了研究,分析了边缘效应对小型翅片管束传热和阻力性能的影响,结果表明,6-6-6-6布管方式优于6-5-6-5布管方式,在只有较少换热管的小型翅片管换热器中,边缘效应不可忽略,实际整体模型的阻力系数比文献中常用的简化对称模型小13%~14%,努塞尔数小15%~18%,本文提出的公式可用于快速而准确地估算小型平直翅片管束的努塞尔数和阻力系数.     

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。     

微通道冷却器内流动和传热特性的数值模拟

为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求, 根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型, 利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性, 然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明:对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域, 其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析;对于重点关注的转捩区, 采用三维模型模拟分析更好;当雷诺数增大到转捩点, 流体的传热效果得到明显增强;随着雷诺数的增大, 玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小;不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略, 对努赛尔数和通道总压降基本无影响。