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。     

射流速度和冲击角度对材料去除特性的分析

射流速度和冲击角度会影响冲击射流的动力特性,对射流抛光的材料去除面型和材料去除量有重要的影响。对冲击射流壁面流场结构进行了分析,建立了工件壁面上的速度、压力与冲击角度、射流出口速度的数学关系。在分析理想平面的基础上,重点分析了射流速度和冲击角度的变化对存在表面瑕疵的工件材料去除量的影响。结果表明:对于理想平面,当冲击角度大约为30°时,可得到理想的高斯型面型分布;对于存在瑕疵的工件表面,在小角度冲击时更有利于材料的去除;工件材料的去除量均随着射流速度的增大而增大。     

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。     

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。     

射流抛光中的流场特性研究

为了给出射流抛光系统的优化设计参数,从理论上分析了冲击射流流场的结构特点,建立了工件壁面上的速度、压强与冲击角度、射流出口速度以及冲击距离的数学关系。就不同参数对射流流场分布的影响进行了定量计算,结果表明,工件壁面上的压强和速度与出口压强和速度成线性正比关系。当冲击距离大于9.6d(d为射流喷口的直径)时,工件壁面压强和速度随冲击距离的增大而减小,冲击距离增加到15d时,壁面压强最大值减小到0.54p0(p0为射流出口处的压强)。工件壁面压强和速度随冲击角度的减小而减小,当入射角为90°、60°和45°时,分别得到壁面压强最大值ps=0.95 p0,0.74p0,0.475p0,上游速度最大值um02=0.96u0,0.8u0,0.67u0(u0为射流出口处的速度)。     

旋转效应下射流冲击速度对换热的影响

采用数值计算方法模拟磨削工件表面的射流冲击对流换热过程,对不同射流冲击速度,考虑旋转盘诱导的气旋卷吸和射流冲击的耦合作用下,研究分析加热壁面的对流换热效果。在转盘诱导的气旋流动影响下,冲击射流向转盘和加热表面之间区域的侵入能力受到抑制,而射流速度的提高能够加强射流冲击的穿透力;在旋转盘诱导的气旋运动和卷吸作用下,空气射流冲击能有效改善磨削弧区的对流换热,且随着射流速度的增加,其强化对流换热的效果更显著。     

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。     

仿螺旋肋片道流动换热特性的数值研究

运用数值计算的方法对仿螺旋肋片内冷通道内的流动特性和传热特性进行了研究,共建立五组模型,分析了入口冷气雷诺数和肋片排布方式对壁面换热和通道阻力特性的影响规律.研究结果表明:(1)随着肋片与主流方向的夹角α的增大,壁面换热增强,同时通道内平均阻力系数显著增大.(2)随着入口冷气雷诺数的增大,壁面平均努塞尔数Nu增大,平均阻力系数Eu减小.(3)改变肋片倾斜角β可使综合性能提高,且存在最佳值.在研究范围内,α=15°,β=15°时综合性能最好.     

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。     

层流与湍流等离子体冲击射流特性比较

本文采用数值模拟方法,对层流与湍流氩等离子体射流在空气环境中冲击平板时的流动与传热特性进行了对比研究.结果表明,在平板和射流进口间的距离较大时,平板的存在只对其附近的射流参数分布有较大影响,层流等离子体冲击射流的温度与轴向速度的轴向梯度明显小于湍流等离子体冲击射流情形;由于在平板表面形成的径向壁面射流对引射的附加贡献,层流和湍流等离子体冲击射流对环境空气的引射量明显增加.     

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.     

离体射流的位置对翼型气动特性的影响

为了改善风力机叶片流动分离现象,本文在雷诺数为1×106、来流攻角21°时研究了离体射流微小圆柱的分布位置对NACA0018翼型气动性能的影响.首先分别在翼型前缘前和上表面附近,研究离体射流微小圆柱的射流动量对翼型气动性能的影响,发现两种位置下翼型的气动性能都有所改善,其中上表面附近控制时效果更好;接着研究控制装置在上...     

周期性边界条件下多孔介质方腔内自然对流换热数值研究

对充满多孔介质的倾斜方腔,在其上下壁面绝热、右侧壁面维持恒温To及左侧壁面温度基于To随时间按正弦规律变化的情况下,采用Brinkman扩展达西模型和SIMPLER算法对方腔内的自然对流与换热进行了非稳态数值模拟,方腔倾角α的范围为0°～90°,Pr数为1,Ra数为106.计算研究不同的振荡频率和方腔倾角对方腔内对流换热的影响.数值模拟结果表明:振荡频率f为60π,方腔倾角为43°时,方腔内的换热最强.     

圆形破口附近气泡动态特性实验研究

以往对于壁面附近气泡动态特性的研究均是针对完整壁面进行的, 而对带破口壁面附近气泡运动特性的研究很少, 例如舰船结构在遭受药包爆炸冲击波作用后形成破口, 其仍可能会遭受随后生成气泡的二次打击, 破口的存在必定会影响爆炸生成气泡的动力学行为. 本文采用电火花气泡生成与观察实验装置, 对带有破口的壁面附近气泡脉动和射流特性进行研究.通过实验发现, 当气泡在破口同心位置生成时, 破口的存在会使气泡靠近破口一侧形成"腔吸现象", 并使气泡形成对射流. 在此基础上分析了破口大小和无量纲距离对破口附近气泡的影响规律, 最后讨论气泡在破口偏心位置生成时的运动特性, 结果发现破口附近气泡的二次打击威力随偏心距离的增加而增加, 文章旨在为不同边界附近气泡运动规律研究提供参考. 关键词： 气泡 实验 破口 射流     

管内蒸汽射流凝结速度场特性研究

采用粒子图像测速仪(PIV)对圆管内横向蒸汽射流凝结速度场进行了测量。垂直圆管直径80 mm,喷嘴直径3.2 mm,喷嘴与管道壁面垂直,蒸汽射流雷诺数20192Re_s543763,动量通量比为25J400,过冷水温度为30T_w60°C。通过射流中心轨迹线,揭示了射流动量通量比、射流雷诺数和过冷水温度对速度场的影响规律。射流中心轨迹可用指数形式的曲线拟合,引入射流动量通量比J和射流雷诺数Re_s,得到中心轨迹线预测关联式,预测值在实验测量值30%以内。     

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。     

微针肋槽道内去离子水换热特性

设计了槽肋比为1:2和2:1的矩形大长宽比微针肋散热器,并实验研究了去离子水在其内的流动换热性能。结果表明:当进口温度为40 ℃、微针肋槽道在雷诺数小于650、最高壁面温度低于77 ℃时,单位面积散热量可达21.32 W/cm2。当雷诺数一定时,同一个槽道壁面温度沿着流动方向不断增加、同一个位置壁面温度随着加热功率的增加而增大,局部努谢尔数沿着流动方向先减小后逐渐增加并趋于定值。当针肋流动换热长度较长时,其入口效应可以忽略,槽道平均努谢尔数随着雷诺数的增大而增大,与加热功率无关;为了更好地表达微针肋槽道内的换热特性,考虑了槽肋比、流动雷诺数等影响,拟合了去离子水在微针肋槽道内的对流换热关系式。     

压电风扇激励下柱鳍热沉传热实验

对置于矩形通道流中的柱鳍热沉在压电风扇激励下的传热特性进行了实验研究,重点分析了通道气流流动雷诺数Re、压电风扇驱动电压U对热沉换热特性的影响。研究结果表明,通道流中压电风扇的激励能够改善柱鳍热沉的传热特性。相对于单纯的通道流,当压电风扇驱动电压为250 V时,在通道流雷诺数小于5300下,压电风扇激励可以提升柱鳍热沉表面换热能力20%以上;在通道流雷诺数介于7100和8800时,压电风扇激励可以提升柱鳍热沉表面换热能力12%左右。     

跨音速涡轮静叶上端壁结构对动叶顶部气动换热特性的影响

本文通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和Spalart-Allmaras紊流模型数值研究了跨音速涡轮静叶上端壁结构对动叶顶部气动换热特性的影响。数值预测得到的动叶中径处压力分布与实验数据吻合良好,从而验证了该数值方法的可靠性。本文研究结果表明:静叶上端壁结构对动叶顶部前缘处的流动换热特性有显著影响,对靠近尾缘处的流动换热没有影响;静叶端壁为S型上端壁时叶顶平均换热流密度要低于采用常规端壁,且通流效率高于采用常规端壁;靠近尾缘区域的流动换热特性受间隙内斜激波的影响显著,由于斜激波和叶顶表面边界层的相互作用及斜激波在叶顶表面和端壁面之间的反射,导致靠近尾缘处的叶顶表面存在条状分布的高热流密度区域。     

316不锈钢在含沙两相射流中长时间冲蚀的实验研究

采用含沙射流对316不锈钢进行了20 h以上的长时间冲蚀行为研究。对三个不同冲击角度下不锈钢的质量损失和表面形貌进行了研究和分析。结果表明,冲击角度为90°时,不锈钢的质量损失最大,冲击角度为60°时,不锈钢的质量损失最小。在90°连续冲击18 h之后,不锈钢质量损失趋于平缓,几乎不再发生变化;而在75°和60°连续冲击28 h后不锈钢的质量损失仍然呈上升趋势。SEM结果表明,90°冲击下的样品表面出现多个冲击坑,75°冲击下样品表面出现划痕,60°冲击下样品表面出现的刮痕较多且较长,这与不同冲击角度时不同的磨损机理有关。冲击角较大时,石英砂颗粒对材料的破坏机理是以正碰为主,冲击角较小时,颗粒对材料的破坏机理则是犁削作用。