考虑转捩的气冷涡轮气热耦合仿真

以NASA-MARKⅡ跨音速涡轮叶片以及某低压涡轮导叶为例进行了考虑转捩的气热耦合计算. 首先开发了有限差分气热耦合求解器,采用直接耦合方法进行流固区域的数据传递,并采用AGS代数转捩模型来预测叶片表面的转捩流动现象. 然后以NASA-MARKⅡ叶片的5411号试验工况为例对该转捩模型进行了验证,对比表明AGS模型能够预测叶片表面的转捩流动过程,所预测的叶片表面温度分布与对流换热系数分布和实验值吻合较好. 最后采用该耦合求解器对某双腔内冷以及尾缘劈缝的低压涡轮进行气热耦合计算,对叶片的热负荷进行了分析.      

应用单向法的气冷涡轮气热弹耦合数值研究

对采用径向对流冷却的NASA C3X叶片进行了单向气热弹耦合数值模拟。气热耦合计算比较了在考虑转捩现象的对于计算结果的影响,同时考虑了温度变化引起的气体属性变化对气热耦合计算的影响,并与NASA报告中的实验结果进行了对比。结果表明,雷诺应力模型对于转捩过程的捕捉能力有限。应用气热耦合的计算结果作为有限元的输入条件,使用ANSYS研究了外部流体冲击场叠加叶片温度场后的总应力和总变形,使用单向法实现了气动、热应力场的多场耦合研究,对于涡轮设计以及寿命预测有一定的借鉴意义。     

复合冷却涡轮导叶的气热耦合数值模拟

采用气热耦合方法对高压涡轮一级导叶带全气膜冷却、冲击冷却和尾缘劈缝冷却的复合冷却结构进行了数值模拟。分析了带复合冷却结构叶片的三维温度场,主要研究了主流燃气雷诺数、冷气与燃气的流量比和燃气与冷气的温比对叶片温度和冷却效果的影响。结果表明:随着流量比增大,叶片前缘壁面平均温度先增后减,压力面和吸力面温度均减小。叶片壁面各处平均温度随温比增大而降低,受雷诺数影响很小。叶片综合冷却效果随流量比增大而增大,受温比和雷诺数影响很小。     

气冷涡轮叶栅流动及热应力特性的数值研究

采用CFX商用软件的不同湍流模型对NASA-MarkII高压燃气气冷涡轮叶栅进行气热耦合计算,着重分析了叶栅内部流动情况及传热特性.与实验结果比较,k-ω-SST-GammaTheta湍流模型计算结果与实验结果吻合较好.应用ANSYS11.0商用软件对气冷涡轮叶片气热耦合温度场结果进行热应力计算.结果表明,涡轮叶片温度场求解结果对叶片内部热应力分布具有显著影响.     

涡轮导向叶片热冲击双向耦合数值研究

航空发动机涡轮导向叶片热冲击过程是一个典型的固体变形场、温度场和流场三场耦合作用问题,工况复杂。基于流固热耦合理论,求解一维平板模型热弹性解析解;并进行数值模拟和对比分析,验证了双向耦合方法的有效性。应用建立的双向耦合方法对某涡轮导向叶片热冲击过程进行数值模拟,得到了涡轮导向叶片表面温度及热应力分布规律。研究表明,提出的双向耦合方法可以有效地预测涡轮导向叶片的温度及应力分布规律,计算温度与试验误差小于5%;应力集中处与试验中叶片破坏区域一致。研究对航空发动机涡轮叶片热冲击过程数值模拟提供了有效方法。     

涡轮叶片最小冷气需求量的一种估算方法

通过涡轮叶片内外表面对流换热与固体导热的耦合计算,建立叶片冷气流量与叶片壁面温度分布之间的关系,从而获得涡轮叶片最小冷气需求量。首先根据假定冷气流量进行耦合计算叶片温度分布,并从中获得叶片温度峰值;再依据这一温度峰值,逐步调整冷气进口流量,直到叶片温度场符合设计要求。计算得出叶片最小冷气量为燃气总量的4.43%,叶片最高温度为1 299.11K。结果表明采用本文的方法估算的燃气涡轮叶片的冷却空气量是合理的。     

土壤中热、湿、气及溶质耦合迁移的数学模型

从连续介质力学出发，应用Whitaker提出的局部体积平均法，建立了一个描述植物生长的土壤中热、湿、气及溶质耦合迁移的多场数学模型，以揭示非饱和土壤内复杂的传输机理．此模型中考虑了植物根系对水分、热量、气体和溶质的吸收或排放，同时在边界条件中反映了植物冠层对土壤表面遮阳的影响．因此，该模型相对于已有的其他模型来说，所包含的物理机制更加完备，并且它还具有可解性．     

非等温气固耦合模型的有限元分析

以连续介质理论的混合物理论以及渗流场、应力场、温度场三场耦合机理为基础,建立了气-热-力三场耦合的非线性数学模型,对于一定边界条件下的耦合模型提出了解耦方法,进行了有限元分析,为解决工程中气-热-力耦合问题提供基础.     

燃气轮机涡轮级气弹耦合仿真研究(英文)

采用有限差分方法开发了气冷涡轮气弹耦合求解器。该求解器分别在流动区域求解时间平均N-S方程。在固体区域求解振动方程,在流固边界则施加了气弹耦合边界条件。在流动问题求解中,采用了B-L代数湍流模型封闭时均N-S方程,采用三阶AUSMPW+差分格式离散对流项,并采用隐式LU-SGS格式求解离散后的代数方程;振动问题则采用显式格式求解;采用代数网格法进行固体区域动态网格生成。采用该耦合求解器对某涡轮级动叶的振动响应问题进行了数值仿真,研究表明:所开发的耦合求解器能够用于振动响应问题的分析,同时本算例中涡轮动叶的振动不存在发散现象,并且叶片振动对流动的影响很小。     

热渗耦合的井抽灌系统对地温场的影响

针对水源热泵抽灌对地温场的影响,运用Comsol Multiphysics多物理场全耦合软件建立热渗耦合的数值计算三维模型。对比分析不同回灌量下地温场分布云图和不同回灌量下地温场的分布规律,得出单井回灌量越大热影响半径越大、同时热峰面向抽水井方向运移速度越快,达到热贯通时间越短;前期系统运行回灌井附近区域温度变化明显,后期系统运行对回灌井周边较远区域温度变化较影响明显;不同位置热运移规律均与渗流速度相关,影响半径基本与渗流速度呈正比。     

织物传热传湿过程中热阻与湿阻的耦合研究

在人体通过衣服向外界的热湿传递过程中，织物的显热和潜热传递会彼此影响，一方面，织物中水汽的变化会引起织物物性参数的改变，因而会改变织物的传热传湿过程，另一方面，织物中水汽的凝结（或蒸发）会释放（或吸收）热量，这又将改变织物中的温度分布，影响到显热传递，上述变化是一个耦合的过程，织物的热阻和湿阻会因为彼此的改变而改变。本文对这种耦合现象进行了数学模型分析，并对一些影响因素进行了分析和讨论。     

透平叶片双工质冷却特性的实验研究

针对双工质冷却叶片存在尾缘温度较高的问题,提出了一种带尾缘射流孔的双工质冷却叶片.在建立的3叶片叶栅热风洞实验平台上,实验研究了冷却介质进口参数对实验叶片表面温度和冷却效率分布的影响.结果表明:双工质综合冷却下,叶片尾缘温度大幅度下降,叶片表面温度分布较均匀;当冷却介质与主流燃气的温比Tc/Tg=0.65、压比Pc/Pg=1.3、流量比Mc/Mg=0.034时,叶片尾缘和前缘区域冷却效率分别约为50％和55％,中弦区域的冷却效率高达67％;与冷却介质进口参数相比,冷却方式和冷却结构对提高叶片冷却效率更有效.     

基于热固耦合的柴油机气缸盖有限元分析

针对柴油发动机缸盖失效问题,在ABAQUS软件中以某现产柴油发动机构建仿真模型,通过实验数据标定模型温度边界,运用热固耦合理论对缸盖的温度分布、应力及变形分布进行仿真分析.对于分析中发现的热应力集中的缸盖鼻梁区,提出了缸心外凸、平齐和内凹的3种对比优化设计方案,并进行仿真验证.仿真结果表明,采用缸心内凹设计,降低缸心区域壁厚,可以有效降低鼻梁区最大应力.与试验对比,仿真模型的温度分布符合实际缸盖温度分布,验证了此方法的准确性,为解决柴油发动机缸盖失效问题提供了有效的优化设计方法.     

低温冷箱中辐射与导热耦合传热的数值模拟

针对3种不同的隔热处理方案，对低温冷箱中辐射和导热耦合传热进行了数值模拟，同时考虑了管道、支架和横梁对系统传热的影响．计算结果表明：在相同情况下，采取设备包铝箔和加隔热屏的措施使换热器表面的辐射跑冷损失减少了2／3以上；只加铝箔隔热屏时，换热器与横梁间的热桥跑冷也得到了改善，跑冷损失减少了1／2左右。因此，在冷箱与换热器之间加铝箔隔热屏是改善低温冷箱温度分布和降低跑冷损失的一种有效方法。     

冷气侧对流传热系数周期性波动对固体温度分布影响的一维分析

对边界对流传热系数正弦波动情况下一维固体非定常导热问题进行研究,考察无量纲化方程的解的特征,并以燃气轮机透平叶片冷却为背景,对方程进行数值求解,而后对方程中的主要无量纲量进行参数化分析.结果表明,影响固体内部无量纲温度分布的主要因素包括:无量纲位置X,无量纲时间Fo,以及固体两侧的毕渥数Bi_1和Bi_2;第三类边界条件的非线性会导致边界对流传热系数波动情况下壁面传热削弱,且削弱随着扰动频率的减小而加强;边界对流传热系数扰动的穿透深度主要受边界毕渥数变化频率f_(Bi_2)或波动角速度ω_(Fo)的影响.     

DTA／GC在线联用技术对导热油热稳定性的研究

用ＤＴＡ／ＧＣ在线联用技术,分别在氮气和空气气氛中对导热油热稳定性进行研究,提出并探讨了以热分析方法来确定导热油最高使用温度的可能性。     

旋转状态下有转角带肋U形通道内换热实验研究

实验研究了涡轮叶片带内肋U形通道在旋转状态下有转角时的前缘、后缘及两侧面局部换热系数分布,以及其和无转角时的比较.实验表明,在旋转状态下,小角度转角的旋转带肋通道的换热和无转角时相比,趋势上没有太大的变化,但加强和减弱了某些地方的局部换热而使四个面的换热趋向一致,只是效果不明显;从整体上看,转角减弱了通道的平均换热,浮升力因素的影响基本上减弱了换热.     

空调动态负荷变步长计算方法

多层墙体传热反应系数／Ｚ传递系数的异步长关系,为发展变步长的反应系数法／Ｚ传递函数法开辟了一条可行的途径．本文进一步提出了多层墙体传热反应系数／Ｚ传递系数异步长关系的一种修正形式,将异步长关系由单向拓展为双向,并在此基础上,结合线性系统叠加原理,提出空调动态负荷计算的反应系数法和变步长Ｚ传递函数法,可以有效地降低计算量．实例计算表明效果良好