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．     

燃气轮机涡轮叶片冷却通道内的流动与传热研究

本文用实验方法研究了冷却气流在放入一倍模型涡轮叶片内通道的压力分布、冷热态阻力及局部换热系数分布。     

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.     

叶片尾缘内冷通道中最佳强化传热的针肋排列结构研究

本文应用湍流模型对涡轮叶片尾缘针肋通道的换热与流动进行了二维数值模拟研究。为了研究通道内针肋排列 方式对换热与流动的影响,对三种不同的针肋排列方式的通道进行了数值模拟计算。比较了顺排和叉排的区别,并提出了 一种沿流向叉排的针肋排列方式,且对各种排列的传热和阻力特性进行了综合分析和比较。     

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。     

平行流蒸发器耦合传热的数值模拟

为了验证模型的正确性,针对一种平行流蒸发器,建立了3D和2D计算模型。并采用fluent软件和3D耦合传热计算模型,分析了迎面风速变化时空气侧的主要结构参数(翅片间距、翅片厚度、百叶窗间距和百叶窗角度)对空气侧传热系数和压降的影响规律。     

束腰结构扰流柱通道的传热和阻力特性

本文对涡轮叶片尾缘中具有束腰结构扰流柱的冷却通道的传热和流动阻力特性进行了实验研究,重点研究了雷诺数、扰流柱的束腰比以及不同组合的影响.结果表明:(1)通道平均努塞尔数随着Reynolds的增加而增大,而当Reynolds数较大时,与圆柱通道相比,束腰结构扰流柱通道的换热效果稍低;(2)通道内平均努塞尔数随着束腰比的增大先增大后降低,然后有所变缓,而其压力损失却曲折波动;(3)在三排扰流柱中,第Ⅱ排束腰结构扰流柱对换热效果影响最大,第Ⅰ排影响最小.当第Ⅰ排和第Ⅲ排为束腰结构扰流柱时,其换热减弱,而压力损失系数却增大.     

高温叶片流热固耦合分析及多目标多学科设计优化

采用共轭换热分析方法,实现了C3X型高温叶片的流热固耦合分析,计算结果与实验数据的比较验证了数值方法的可靠性。结合自适应多目标差分进化算法、多目标概念的约束处理方法和三维叶栅自动参数化造型方法,自主开发了适用于高温叶片的自动多目标多学科优化设计平台。以C3X型叶片为参考叶片,选择总压恢复系数最大和叶片最高温度最低为目标进行优化设计。优化后获得了21个Pareto解。详细气热分析表明优化设计得到的叶片性能明显优于参考叶片,验证了所建立的高温叶片多学科设计平台的有效性。     

直通道内置肋板绕流的研究

本文应用PIV流场测量方法,对直通道内置肋板的绕流,进行了研究。流动Re数达到100000,肋板与通道高度之比H/L分别为0.1、0.2。实验结果表明: (1)PIV处理得到的肋板后的分离绕流,在不同的时刻,流动形态是不同的,是不规则的、非稳定的流动;(2)一定数量的测量结果经平均后得到结果有一定的稳定性,反映流动有一定的周期性; (3)PUV测量的平均结果与2D定常数值模拟结果有一定的差距。     

模拟涡轮叶片内冷通道方管和锥形管换热的实验研究

1引言在现代燃气涡轮发动机中，涡轮叶片内部设计了各种复杂的冷却通道结构，通人冷却空气，使工作状态下涡轮叶片温度降低，发动机得以安全运转。为此对干旋转情况下各种冷却方式换热效果的研允具有一定的现实意义。本课题时旋转状态下的方形等截面通道和收缩通道的局部对流换热特性进行了初步实验研究。为了近似地模拟叶片的冷却通道，本实验设计了光滑壁面的等截面方形通道、截面为矩形的收缩通道的实验模型。试验模型垂直于试验台的旋转轴转动，冷却气流流动方向向外。通道的热边界条件为等热流。2基本理论分析和实验研究旋转状态下的动…     

汽轮机静叶栅内平行通道除湿特性研究

火电汽轮机低压级组和核电汽轮机/船用核动力汽轮机全级都处于湿蒸汽区,湿蒸汽凝结流动长期以来是影响汽轮机经济性和安全性的难题.针对White叶栅,在吸力面和压力面间设计了一个连接相邻的汽流通道的平行通道,采用双流体模型对原型叶栅和改型叶栅内湿蒸汽凝结特性和气动性能进行研究.以总压损失系数、湿汽损失为评价指标,研究了平行通...     

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.     

复杂换热条件下离心压气机内部传热特性研究

油雾在离心压气机扩压器壁面上的碳化结焦导致压气机效率急剧下降,离心压气机冷却是减少结焦的有效方法,研究压气机内温度分布及传热特性是压气机冷却结构设计的重要依据。本文基于流-热耦合数值分析方法和实验手段,对强换热条件下离心压气机内温度分布进行了分析和验证,研究了不同工况条件下压气机冷、热端传热特征以及扩压器表面温度分布特性。结果表明,压气机内压缩空气为主要热源,与之接触的壳体具有较高温度,扩压器表面最高温度出现在入口处轮毂侧。流体内近壁面温度梯度较大。扩压盘表面传热系数沿径向显著降低,说明边界层的发展阻碍流固间传热,采取冷却措施将有效降低壳体温度,抑制结焦现象。     

高温平板气膜冷却流热耦合数值模拟

本文采用流热耦合的数值计算方法,对某高温平板气膜冷却实验台试验段进行了数值模拟,主要研究内容包括:数值预测热障涂层对超级合金平板的热保护作用、主流加入水蒸气后对气膜冷却效果的影响以及平板内部温度沿板厚方向分布的特点.通过对数值模拟结果的分析发现,热障涂层能够有效地保护超级合金平板表面;主流加入水蒸气后气膜冷却效率会降低.此外,在射流孔附近区域,平板内部温度沿板厚方向的分布是非线性的,越远离射流孔,该温度分布越接近线性.     

微针肋内潜热型功能热流体换热特性研究

引入潜热型功能热流体替换现有传统工质冷却大功率激光器,实验研究了潜热型功能热流体与传统工质去离子水在高4 mm、宽2 mm、间距1 mm的微针肋内的层流流动换热特性。结果表明：在雷诺数Re为625~1125范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,且存在最佳的质量分数值;相同工况下,潜热型功能热流体平均努谢尔数Nu大于去离子水,平均努谢尔数Nu随着雷诺数Re的增加而增加。拟合了平均努谢尔数与流体雷诺数、普朗特数、质量分数的经验的关系式,最大偏差为16.9%,可以较好反映潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着流动长度的方向存在一个稳定的局部换热强化区,且强化换热存在最佳的长度。     

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。     

涡轮动叶冷却结构设计方法Ⅲ:气热耦合计算

三维气热耦合数值模拟是涡轮叶片冷却结构详细设计中应用的热分析方法。三维气热耦合数值模拟的计算域实体模型建立借助于参数化方法,模型包括冷却结构尽可能多的细节、并保证足够高的模型精度。网格生成时,流体域采用结构化网格,并且需要在换热壁面上根据湍流模型的要求进行加密。将管网计算结果与三维数值模拟结果进行对比,发现管网计算的精度有限,而气热耦合计算方法能够捕捉更多流动换热现象,计算结果相对可信。对单个冷却结构方案进行三维数值计算的周期为5～15天,基本满足工程设计要求。