水蒸气含量对高温平板气膜冷却传热影响研究

IGCC系统中新一代先进燃气轮机透平通流部分处于高温高湿的工作环境,因此其内部流动存在固有的复杂的流热耦合问题。为指导燃气轮机透平叶片冷却系统设计必须开展对流热耦合问题的试验与数值研究。本文在一平板气膜冷却流热耦合实验台上开展了模拟新一代燃气轮机透平通流部分高温高湿工作条件的流热耦合机理研究,并进行了数值模拟。研究工作...     

气热耦合多孔气膜冷却流动的数值研究

对具有气膜冷却的某涡轮叶栅,提取中部截面型线进行了平面叶栅的气热耦合数值模拟,研究了多孔射流气膜冷却流动的特点.主流与固壁气流耦合计算表明,冷却气流在冷却腔内的流动过程中,被固体壁面加热,在喷射入主流场之前温度升高幅度较大,使得沿程后部的冷却效果减弱,同时研究了多射流孔附近区域三维定常流动的流场.     

带肋气膜冷却平板的数值模拟研究

本文对不带肋和带45°肋气膜冷却平板的三维对流换热与导热耦合传热问题进行了数值模拟。网格划分采用非结构化网格,湍流模型为SSTκ-ε模型,近壁处采用壁面函数法,采用SIMPLEC算法求解速度和压力的耦合。计算获得了不带肋和带45°肋气膜冷却平板的流场分布和平板内外表面的换热系数值。结果表明带45°肋的气膜冷却平板通道流场结构比较复杂,平板表面平均温度较无肋气膜冷却平板表面平均温度下降,而在近气膜孔区域冷、热表面平均换热系数较无肋时增大。     

耦合传热和冷却流通道流动对气膜冷却的影响

本文通过数值模拟的方法同时考虑了耦合传热和冷却流通道流动对气膜冷却的影响.计算结果表明,在考虑耦合传热的情况下,冷却流通道流动的影响仍然存在,但随着壁面导热系数的增大,这种影响减弱;同时在考虑耦合传热的情况下,受保护壁面温度场分布更加均匀,冷却效果更好.计算结果还表明吹风比为0.5时的冷却效果优于吹风比为1.0的情况.     

非定常激波对气膜冷却影响的数值模拟

利用数值计算的方法研究了非定常激波对下游涡轮叶片表面气膜冷却的影响.冷却气流在激波和尾迹经过的过程中,发生了上扬和重新被压制回壁面的现象.考察了壁面上特定点在有气膜和无气膜情况下的换热量.通过计算发现,有气膜时的换热量有不同程度的下降,而且换热量随时间变化的趋势也发生了很大的变化.气膜的覆盖减小了主流场对壁面换热量的影响.     

涡轮叶片压力面旋转气膜冷却数值模拟

通过数值模拟的方法,揭示了整级涡轮叶片在旋转状态F的气膜冷却特性.计算采用六面体结构化网格,湍流模型选用k-ε两方程模型.计算中,主流进口雷诺数为7.7×104,旋转数分别为2.092,2.324和2.448,吹风比分别为0.5、1.0、1.5和2.0,冷却工质采用空气,对应射流主流密度比为1.03.计算结果与之前的实...     

富燃燃气热物性对气膜冷却特性影响数值研究

为明晰富燃燃气物性变化对气膜冷却的影响规律,本文分别构建了不同热导率的定物性模型和考虑化学平衡的变物性模型,通过数值求解定常RANS方程,获取了定压比热和热导率变化对温度和热负荷分布的影响效应。结果表明：相比于定物性模型,变物性下富燃燃气与冷气的掺混导致混合气比热和热导率降低,近壁区域平均温度最大增加2.557%、热流最大降低24.995%;混合气物性变化引起近壁区剪切应变率降低,冷气与主流剪切形成肾型涡强度减小,冷气耗散变慢,气膜覆盖性变好。     

冷却流初态对凹面圆斜孔气膜冷却的影响

本文对圆斜气膜孔在凹面上的气膜冷却进行了数值模拟.通过对气膜孔进口上游的冷却流设置不同的边界条件,研究了速度大小和方向等冷却流初态对气膜冷却效果的影响.计算结果表明,冷却流初态对凹面上的气膜冷却同样存在不可忽略的影响;在计算工况内,冷却流和主流一致或相逆的工况下冷却效果基本相同,但冷却流和主流交错的工况下,冷却效率显著提高.     

斜孔气膜冷却数值模拟分析

本文通过数值模拟分析圆柱孔和扩散孔的单斜孔气膜冷却特性,考察复合角、孔型和吹风比对流场和气膜冷却效果的影响。结果表明,复合角的引入使气膜侧向分布更宽,但冷却效果沿主流方向衰减更快。适中吹风比得到的气膜能更有效的保护壁面。在相同吹风比和复合角条件下,扩散孔的气膜冷却效率比圆柱孔更好,且冷却更为均匀持久。     

热障涂层对气膜冷却影响的数值研究

涡轮叶片常采用气膜冷却和热障涂层协同配合的方式以进一步提升其耐温性能。由于热障涂层的低导热特性,不仅阻隔了主流燃气的加热,同时还削弱了气膜冷却,引发了二者间的矛盾。本文围绕着该矛盾问题,基于气膜绝对覆盖面积的概念,提出了对热障涂层涂敷区域进行优化设计的思想,通过涂层对气膜覆盖的避让来进一步强化冷却。构建了五种采用不同冷却措施组合的研究模型,并推导了考虑涂层后的对流换热系数简便等效折算方法。通过数值仿真获得了不同吹风比工况下各模型的壁面(T_W2)温度分布和综合冷却效果(η)变化曲线。评估了采用涂敷区域优化带来的收益：在吹风比为0.8的工况下,可使综合冷效相对优化前最大提升2.13%。     

有限平板绕流的数值模拟

本文用涡团法模拟了有限平板的绕流问题,计算出一个长度为1的无穷薄平板在静止的流体中突然起动并作匀速运动的周围流场的变化情况。方法上,用保角变换解决了在涡团法中遇到的一个拉普拉斯方程,并对变换中的奇点作了特殊处理,最后得到一个与已有的实验结果完全吻合的周期性数值解。     

平板大攻角平面绕流问题中涡生成的数值模拟

本文在涡团法的基础上结合有限元法及无限相似单元法在整个无界的流动区域上构造了Navier-Stokes方程的数值解,成功地克服了区域边界上凸角点邻域内解的奇性给数值计算带来的困难,同时克服了无穷远点给数值计算带来的困难。本文对平板大攻角平面绕流问题进行数值模拟,给出了初步的计算结果。     

不同温度下ZnS的高场输运特性

研究了ZnS中的电子声子相互作用.以此为基础,利用Monte Carlo方法研究了ZnS中电子在不同温度下的高场输运特性.电子加速的瞬态时间基本不随温度变化.电子的动能分布函数随温度升高向低能方向移动,即平均动能降低.电子在各能谷间的分布随温度升高而向低能谷移动.电子的漂移速度则随温度升高而降低.给出了这些物理量随温度变化的具体规律. 关键词：     

水高温高密度状态方程理论研究

 采用MCR方法计算由exp-6势描述的水分子作用体系的pVT状态方程。与MD数值模拟结果比较后发现，由于水分子间强烈的吸引作用有利于分子有序化过程的发生，在较高温度（2 000~4 000 K）条件下，水分子作用体系仍呈现出固态特征。该物相区内体系的热力学性质不能用MCR理论描述但MCR理论准确预言了水分子作用体系高温液相区pVT状态方程。     

缔合流体在高温高压下的自扩散系数研究

在统计力学理论基础上,本文提出了一个考虑氢键对自扩散系数影响的方程．这个方程为非氢键贡献部分与氢键贡献部分之积,其中自扩散系数的非氢键部分由Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ链模型求得,而一个分子中的平均氢键数随温度和密度的变化关系使用统计缔合流体理论得到。链节之间的相互作用能量参数由粘度的关联式获得,其它四个参数则由扩散系数的实验数据获得。对７个典型的缔合流体在相当宽的温度压力范围内计算的平均相对百分误差为５．９８％。     

掺杂的非晶态硅基合金薄膜的高温电子自旋共振研究

本文研究了掺杂(B和P)和未掺杂的a-Si_1-xC_x:H和a-Si_1-xN_x:H膜在高温下的电子自旋共振(ESR)特性。ESR的测量是在温度连续变化的过程中进行的。实验结果表明:掺B的a-Si_1-xC_x:H和a-Si_1-xN_x:H膜的ESR吸收谱,可以分解成两种性质不同的ESR吸收谱的叠加(g₁≈2.005和g₂≈2.010),g₁是硅悬挂键(Si)的贡献,g₂是价带尾态定域化空穴的贡献。随温度的上升,定域化空穴的密度比Si下降得更快。在温度不太高时,定域化空穴的密度远大于Si,但在温度较高时,Si的贡献是主要的。 关键词：     

液态甲烷的高温密度物态方程理论研究

 采用热力学统计理论研究了液态甲烷在高温高压下分子分解反应特点及该体系的物态方程。着重讨论了体系中CH₄-H₂分子间有效势对体系化学反应平衡及物态方程的影响,并根据实验Hugoniot点(p_H, V)优化确定出其exp-6势函数中的参数值。该势函数的排斥部分值比理想混合条件下Lorentz-Berthelot规则给出的势函数值低约50%,预示着高压下CH₄和H₂之间存在着某种亲合性。用该势函数计算得到的p-T线与现有的两个实验点符合很好。还讨论了CH₄-H₂之间的有效作用势参数对CH₄分子冲击离解度（x）的影响。     

高温下金属薄膜生长初期的模拟研究

采用实际的生长模型和物理参量,用Monte Carlo方法对高温下金属薄膜的生长过程进行了模拟研究.综合考虑了原子沉积、扩散、成核、生长和扩散原子的再蒸发、原子沿岛周界扩散和岛的合并等众多过程后,模拟得到与实验结果相当一致的薄膜生长形貌及其相应的定量结果.通过动态统计薄膜生长过程中的岛数目及薄膜生长率,得到实验中不易直接获得的高温下薄膜生长的许多细节,如岛数目和薄膜生长率随表面温度、覆盖度变化的详细情况等 关键词： 薄膜 Monte Carlo模拟 成核 岛密度 薄膜生长率     

高铬钢和高铬镍钢在高温下的几个内耗峰

本文报导用低频扭摆在四种高铬钢和八种高铬镍钢中在高温下观察到的几个内耗峯。在铁素体型的三种高铬钢中(27Cr、25CrTi和20Cr),从高温淬火后都在570℃附近观察到一个内耗峯,用27Cr和20Cr试样求出了这个内耗峯所包含的激活能,为87,000卡/克分子左右。上述三种高铬钢从高温炉冷后,还可以在640℃附近出现一个内耗峯,另一种13Cr试样从高温炉冷后,可以在610℃附近出现一个内耗峯。在奥氏体型的八种高铬镍钢中,都在730℃附近观察到一个内耗峯,用18Cr 18Ni试样求出了这个内耗峯所包含的激活能,为85,000卡/克分子左右。根据初步实验结果,讨论了引起这几个内耗峯的可能原因。     

不同复合角对平板气膜冷却特性影响的实验研究

本文对不同复合角的典型单排孔冷却结构的平板气膜冷却特性进行了实验研究,研究对象为α为30°,β分别为30°、45°、60°的射流孔板,对它们在不同吹风比条件下的绝热气膜冷却效率分布特性进行了分析.实验结果表明,所有复合角条件下的冷却性能都优于相同条件下的简单角; M=0.5、β=60°时的冷却性能明显优于其他两个复合角;M=1.0时.三者的下游横向平均冷却效率相差不大; M=1.5、β=30°时的冷却性能最优.