燃气透平叶栅端壁传热特性的数值研究

采用三维数值求解方法,对透平叶栅端壁区域的流动和传热特性进行了研究.利用试验数据考核了相应的数值方法,分析了网格数目和湍流模型对叶栅端壁附近流动传热特性计算的影响,比较了不同进口雷诺数和湍流度条件下端壁传热特性的变化。结果表明;马蹄涡和通道涡等二次流动直接影响端壁区传热,传热强度分布规律基本与当地流动的湍动能保持一致。湍流模型对端壁压力场的计算影响较小,但对端壁传热特性的求解的精度影响较大。采用v~3—f湍流模型能较好地预测端壁传热分布。来流雷诺数和湍流度的变化改变了端壁边界层厚度和涡系结构,使得端壁传热强度和梯度分布发生变化。     

流体横掠圆形微针肋热沉流动与传热特性

本文以去离子水为冷却工质,对流体横掠当量直径为90～200 μm的圆形微针肋阵列热沉的流动与传热特性进行了实验研究.实验数据显示:对于叉排实验件热沉,摩擦阻力系数对雷诺数的依变关系在Re=100前后发生转变;端壁效应、高径比和布置方式对摩擦阻力系数有很大影响;努塞尔特数随雷诺数的增大显著增大,其依变关系在双对数坐标下呈现较好的线性关系.     

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。     

凹陷涡发生器非稳态流动与传热分离涡模拟

本文对具有凹陷涡发生器的冷却通道内非稳态湍流流动与传热特性进行了分离涡模拟研究。通道内流动雷诺数为50500,凹陷涡发生器深度与直径比为0.2。分离涡模拟结果与实验数据进行了对比验证,并对凹陷表面非稳态流动与传热特性进行了详细分析。研究结果表明:分离涡模拟得到的凹陷表面时均局部Nμ数分布与瞬态液晶热像实验得到的Nμ数分布相似,并且总体平均Nμ数和摩擦因子与实验数据也较好地吻合;分离涡模拟获得了详细的凹陷涡发生器表面非稳态流动和传热特征,凹陷表面前缘处的低换热区形成左右两个旋涡,经历了形成、旋转、回流、破碎四个过程,这些非稳态的涡流动显著地强化了凹陷表面的对流传热性能。     

温度和雷诺数对表面活性剂溶液传热的影响

对不同温度和雷诺数下阳性离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)溶液在循环回路中的传热特性进行了实验研究。在水中加入表面活性剂后溶液的传热特性明显降低,在不同的温度工况下均存在一个临界雷诺数,随着溶液温度的改变而发生变化。在不同的实验浓度条件下均存在一个临界温度,在临界温度以下时,临界雷诺数随温度升高而增加;在临界温度以上时,临界雷诺数随温度升高而急剧下降。分析该表面活性剂溶液阻力减小和传热性能降低之间的关系,提出了通过对溶液温度的控制来改变减阻流体传热特性的方法。     

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构,为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性,针对30?、35?和45?三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000～70000之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示,在子通道个数和雷诺数均相同的情况下,平均Nu数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加;对比30?倾角的交错肋结构,45?倾角交错肋结构的平均Nu数增加了40.7%,摩擦因子增加了204.9%,综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示,肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用,而且加强了对侧子通道间的流动掺混,从而达到强化传热的效果。     

水平管外混合制冷剂的降膜滴状流动数值研究

降膜滴状流动因高传热和低成本等优点应用十分广泛,本文采用数值计算方法研究了水平管外混合制冷剂的降膜滴状流动和换热特性。首先采用流型和分离长度验证的方法提出一种可行的模拟计算方法,通过与实验对比验证了此方法和模型的可靠性,然后分别研究了雷诺数与管间距对管外降膜滴状流动形态和换热特性的影响。结果表明管间距为5 mm时,随着雷诺数变大,对流换热系数逐渐变大;当雷诺数为80时,随着管间距的增大,对流换热系数变化幅度较小。本文的研究方法和结果可以为混合制冷剂的降膜滴状流动的流型与传热研究提供参考。     

球形和泪滴形凹陷涡发生器传热实验和数值计算

凹陷涡发生器是一种高效的燃气轮机涡轮叶片冷却结构,本文对分别具有球形和泪滴形凹陷涡发生器阵列的表面传热与流动性能开展了实验和数值计算研究。本文分别采用Standardκ-ω,SST和Reliazableκ-ε三种湍流模型计算了凹陷涡发生器表面湍流传热与流阻性能,并与实验结果进行了对比,确定了Standardκ-ω是研究凹陷传热和流动最精确的湍流模型。通过该研究,获得了球形和泪滴形凹陷涡发生器在雷诺数范围8500~60000内的传热及流阻和流动特性。该实验研究表明,与光滑通道内湍流流动相比,球形凹陷传热性能提高约60%,摩擦因子增加约70%;泪滴凹陷传热性能提高约90%,摩擦因子增加一倍左右。泪滴形凹陷表现出更好的传热性能和综合热性能。     

具有径向进出流的转—静盘腔流动与换热的数值研究

本文对具有径向进出流的转－静盘腔结构的流动和传热过程进行了数值计算研究,文中研究了旋转雷诺数和无量纲流动速率对盘腔内流动换热过程的影响。在盘腔的核心区采用标准的κ－ε模型,近壁区采用Ｌａｕｎｄｅｒ－Ｓｈａｒｍａ低雷诺数ｋ－ε模型。与实验结果的对比表明本文的计算方法是合理的,计算结果揭示了该型盘腔结构的流动传热基本特征和规律。     

恒定非均匀磁场调控下的强制对流传热数值研究

分别对雷诺数、磁场强度和磁纳米流体浓度进行了讨论，并将数字高程模型(DEM)应用到梯度磁场模型的建立，分析了磁场梯度大小和方向对传热效果的影响。结果表明：雷诺数、磁场强度和梯度与传热效果呈正相关，在磁场介入的情况下，磁纳米流体浓度对传热效果的影响存在一个最佳值；磁场梯度方向垂直于流动方向时对传热的强化效果最显著。以平均努塞尔数和压降为目标参数，利用正交试验设计的方法研究了各变量对传热效果影响的权重大小，得到各变量取值范围内的最佳组合。     

碳富勒烯在水中的运动阻力特性

采用分子动力学(MD)方法,模拟了Cn(n=60,180,240,540)以及C60@C240富勒烯在水中的速度衰减过程,得到了它们的阻力一速度与阻力,雷诺(Re)数关系曲线;进而将MD模拟的阻力结果和低Re数宏观流体力学中球的Stokes阻力解进行了对比,研究表明,低Re数下,富勒烯在水中的阻力要比传统流体力学中球的Stoke解高两个数量级;富勒烯在水中的阻力可通过Stokes解乘以(110.38-1.48/Re)近似估算.     

雷诺校正法在煤发热量测定中的应用

介绍雷诺校正法计算煤发热量的原理、算法及应用.方法应用于燃煤发热量计算,结果表明,用雷诺校正法处理煤发热量测定时,其结果优于瑞方公式法和奔特公式法,与国标法相比,分析误差在规定范围内.在文中列出了雷诺校正法处理煤发热量的实用Matlab源程序.     

合金化元素Ru和Re在Ni3Al中的相互作用及其对力学性质的影响

采用基于密度泛函理论和广义梯度近似的第一原理方法,探究了Ru元素和Re元素在Ni₃Al中的相互作用及其对力学性质的影响.计算表明：在绝大多数化学计量比范围内,Ru原子优先占据Ni₃Al中的Ni位,Re原子优先占据Ni₃Al中的Al位,Ru和Re易于聚集分布,占据近邻的Ni-Al原子对.通过差分电荷密度图和态密度图分析得到Ru和Re掺杂会与近邻Ni原子产生轨道相互作用,Ru和Re之间也会产生轨道相互作用.通过计算弹性模量,应用经验判据得到Ru的加入使得Ni₃Al材料抗压缩能力和韧性明显增强,但硬度有所降低.而Ru、Re的同时加入使其抗压缩能力、韧性和硬度都有所增强.     

Os1-xRexB4固溶体系的结构、力学和电子性质的第一性原理研究

利用第一性原理的计算方法,在维也纳从头计算模拟包(VASP)中计算了三种比例Re原子掺杂Os B₄的结构特征及稳定性、电子性质及力学性能.将P42/nmc相Os B₄中的Os元素进行Re元素的替代掺杂,并构建出Os_1-xRe_xB₄(x=0,0.0625,0.125,0.25)固溶体系的结构模型.结果表明:随Re含量的增高Os_1-xRe_xB₄的晶格常数和体积会略微增大,在x高于0.25后发生结构畸变;且P42/nmc-Os_1-xRe_xB₄(x=0,0.0625,0.125)的结构和热力学稳定;态密度主要来源于Os的5d电子和B的2s和2p电子,而Re原子的5d轨道电子对价带和导带态密度也均有贡献,并且随其含量的增高态密度峰值也增大;B-B键和B-Os键具有强共价相互作用是其具有较高的体积和剪切模量的主要原因.随着Re元素的浓度增加,结构的导电性和延展...     

Effect of element Re on the grain boundary cohesion of α-Fe

The effect of Re segregation on the α-Fe ∑5 [001] （010） grain boundary （GB） is investigated by using a software called DMol and discrete variational method （DVM）. Based on the Rice Wang model, the calculated segregation energy and defect formation energy show that Re is a strong cohesive enhancer. We also calculated the interatomic energy （IE） and bond order （BO） of several atomic pairs to investigate the mechanism of the cohesive effect of Re microscopically and locally. The results show that IEs of atomic pairs formed by those atoms which cross the plane of GB are strengthened due to the segregation of Re, while the BOs of the corresponding pairs are slightly decreased. This discrepancy demonstrates that IE which contains the Hamiltoniaa of interaction between atoms is a good quantity to describe the bonding strength. The analysis suggests that the electronic effect between atomic pair which comes directly from Hamiltonian is the key factor, The charge density is also presented, and the result indicates that the bonding strength between the Fe atoms on the GB is enhanced due to the segregation of Re, which is consistent with the analysis of IE.     

Effect of alloying element on dislocation cross-slip in γ′-Ni3Al: a first-principles study

The effects of alloying elements Re, Ru, Ta, Ti, and W on the activation enthalpy of dislocation cross-slip in γ′-Ni₃Al are studied combining density functional theory calculations with the classical theory of dislocations. The elements Re and W are found to effectively increase planar fault energies on the (111) plane and decrease the cross-slip activation enthalpy in Ni₃Al. The reduction of activation enthalpy will increase the probabilities of cross-slipping and forming sessile dislocation locks. Therefore, Re and W can inhibit the further motion of dislocations and raise the flow stress of Ni₃Al in the anomalous temperature regime. The underlying electronic mechanism is the strong bonding of Re–Ni and W–Ni and the weak bonding of Re–Al and W–Al in fault areas.     

Preparation and characterization of scandia and Re doped tungsten matrix impregnated cathode

The paper describes the preparation and emission property of scandia and Re doped tungsten matrix impregnated cathode. By an easy and reproducible way, solid-liquid doping combined with two-step reduction, powders of tungsten particles covered with scandium oxide were obtained. Compared with scandia mixed tungsten powders prepared by mechanically mixing, scandia and rhenium doped tungsten powders had smaller particle size, for example, scandia (3 wt%) and Re (5 wt%) doped tungsten powders had the average size of about 50 nm in diameter. Based on this kind of powder, scandia and Re doped tungsten matrix with the sub-micrometer sized tungsten grains and a more uniform distribution of Sc₂O₃ were obtained in this paper. Scandia and Re doped tungsten matrix impregnated cathode had shown excellent emission property and good emission uniformity. The space charge limited current densities of more than 58A/cm² at 900 °C_b could be obtained and the work function of this cathode was as low as 1.18 eV.     

Mechanic,electronic and optical properties of silicides MSi (M = Re,Tc): First-principle calculations

As transition metal silicides have been successfully synthesized, the study of the combination of transition metal and silicon is another effective way to investigate the properties of silicide. We recover novel structures of two silicides: MSi (M?=?Tc, Re). The structures phase are $??FeSi$ phase (P213) and CsCl phase (Pm3m). Using the Cambridge Serial Total Energy Package (CASTEP) code, we researched the mechanical, electronic and optical properties of MSi (M?=?Tc, Re) under 0?GPa and 100?GPa. It is found that each structure is dynamically and mechanically stable at 0?GPa, and the Vickers hardness values show that all of them belong to soft materials. Besides, both the P213-MSi and Pm3m-MSi have metallic characters under 0?GPa and 100?GPa. For the reflectivity in the optical properties, it can be observed that the atom and pressure have obvious influence on the reflectivity of Pm3m-MSi, while only the pressure has obvious influence on the reflectivity of P213-MSi. We hope our work will provide some help to the experimental work on the technologically material.     

竖直窄环隙通道内的强迫对流换热

本文在常压下,以水为工质,对三种尺寸的竖直窄环隙流道进行了单相强迫对流换热实验研究。结果表明,窄隙流道内的换热在低雷诺数区表现出与普通流道不同的多变特性,而在高雷诺数区与普通流道相近。温差对换热的影响具有两重性。窄隙流道使紊流换热区域扩大,当流道间隙足够小时,换热没有明显的过渡区和层流区,均表现为紊流换热的特征。本文提供的经验公式可以在较宽的参数范围内关联实验数据。