γ-Re_θ转捩模型在内部冷却叶片中的应用

燃气轮机内部通流冷却叶片的流动传热特性对于燃机的整体效率有着重要的影响,而叶片表面的转捩流场一直是阻碍对叶片冷却性能进行精确分析的主要因素.本文采用SST湍流模型及γ-Re_θ转捩模型对MARK Ⅱ叶型进行数值模拟,通过分析叶栅通道内传热特性以考察该转捩模型的适应性,肯定了该转捩模型对于湍流边界层发生位置判断的正确性,以及对转捩发生点上游叶片表面温度变化趋势的预测的正确性.同时本文指出γ-Re_θ转捩模型与湍流模型结合时可能存在对湍动能过渡抑制的问题,有待进一步研究.     

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。     

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。     

涡轮叶片前缘冲击-气膜冷却流动传热实验

本文采用瞬态液晶热像技术对涡轮叶片的前缘冲击-气膜复合冷却结构内部传热性能进行了详细实验研究。通过优化改进瞬态液晶热像测试技术实现了对前缘曲率表面传热的可靠准确测量,获得了雷诺数20000～50000范围内内前缘冲击-气膜冷却内部详细传热分布和该复合冷却流阻特性。结果表明:冲击-气膜冷却的努塞尔数和压力损失均随雷诺数的增大而增大;冲击孔偏置使得内部表面平均努塞尔数最多提高9.4%,阻力系数下降约6.0%,且换热的均匀性得到显著提升。     

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...     

液晶稳态和瞬态多波混频与非线性光学特性

在掺杂（～3%重量比）碳纳米管和光敏取向基团的向列态液晶薄膜（5μm厚）中，在使用Ar⁺(514.5nm)为激发光做前向多波混频实验时，观察到7级的自衍射和探测光He-N e(632.8nm )的多级衍射均呈多环状结构.高斯光束中心处的光致非线性折射率系数δn～0.8. Ar⁺ (514.5nm)连续光形成光栅的时间和弛豫时间都与写入光的偏振态强烈相关.在使用Nd :YAG（532 nm）为激发光时，光栅的弛豫时间～200ms量级，且探测光He-Ne(632.8nm)的o光和e光所探 测到的动力学响应曲线是不同的. 关键词： 瞬态 稳态 多波混频 液晶     

深度学习方法在涡轮冷却中的应用综述

涡轮冷却技术是涡轮设计的关键技术之一.涡轮冷却结构的表面温度和压力均为复杂的三维分布,但目前的设计体系仍基于低保真度的一维管网,深度学习可能是提升涡轮冷却设计保真度的一种有效手段.本文总结了几种纯数据的神经网络模型和几种与物理规律结合的神经网络模型在涡轮冷却问题中的应用.通过巧妙地将涡轮冷却问题看待为图像、序列和参数的...     

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．     

带气膜孔内部冷却通道的流动传热特性

燃气轮机高温透平内部冷却通道中弯头、肋片和气膜孔之间存在着复杂的交互作用。本文采用瞬态液晶技术对光滑通道、无抽吸的带肋通道和有气膜孔抽吸的带肋通道的表面传热分布和沿程压力损失进行了详细测量,同时采用RANS数值模拟方法研究其流场特性。结果表明180°弯头产生的大分离是压力损失的主要因素,45°斜肋片产生的螺旋形流动在弯头与大分离交互作用明显,气膜孔抽吸破坏孔附近边界层使得肋间传热而相对集中于孔附近。在13%抽吸量条件下,气膜孔抽吸降低U型通道中压力损失约20%,同时保持传热强化程度与无抽吸工况相同。     

涡轮叶顶冷却布置对叶顶传热冷却性能的影响

本文采用数值模拟的方法,对比分析了1+1/2对转涡轮四种不同的叶顶冷却布置方案对叶顶传热、冷却性能以及气动特性的影响。四种布置方案分别是:靠近压力面垂直叶顶方向、靠近压力面且与叶顶有30°出射角、中弧线位置垂直叶顶方向、中弧线位置有30°出射角。研究表明,气膜孔沿压力面布置与气膜孔沿中弧线布置相比可以降低叶顶传热系数;由于气膜孔倾斜布置气膜射流动量降低,且削弱了肾形涡的影响,气膜的侧向覆盖范围增大。因此气膜孔靠近压力面布置可以提高气膜冷却效率;气膜孔靠近压力面且有30°出射角比垂直布置叶顶热负荷减少2.7%。另外,气膜孔靠近压力面布置可以降低主流的泄漏流量,有利于减小泄漏损失和提高涡轮效率。     

Experimental Investigation of Transient Forced Convection of Liquid Methane in a Channel at High Heat Flux Conditions

Transient heat transfer of liquid methane under forced convection in a 1.8 mm × 1.8 mm asymmetrically heated square channel was investigated. This study is aimed at understanding the heat transfer behavior of cryogenic propellant in cooling channels of a regeneratively cooled rocket engine at the start-up condition. To simulate high heat load conditions representative of regeneratively cooled rocket engines, a high heat flux test facility with cryogenic liquid handing capabilities was developed at the Center for Space Exploration Technology Research. The time history of inlet and outlet fluid temperatures and test section channel wall temperatures were measured at high heat flux conditions (from 1.19 to 3.80 MW/m²) and a Reynolds number (Re) range of 1.88 × 10⁵ to 3.45 × 10⁵. The measured wall temperature data point toward possible film boiling within the test section during certain tests, particularly with higher heat fluxes and lower Reynolds number conditions that resulted in higher wall temperatures. The transient average Nusselt numbers (Nu_L) of the channel obtained from the experimental measurements are lower than those calculated from the Sieder–Tate correlation (Nu_O); however, the ratio (Nu_L/Nu_O) increases with the increase in Reynolds number. The ratio is around 0.25 at the lower end of Re and then increases to 0.7 at the maximum Re studied in the present investigation.     

一种基于液晶技术的可调谐滤波器研究

首先介绍了一种新型液晶可调谐滤波器(LCTF)的基本结构,分析了其工作原理,然后用琼斯矩阵理论推导了其光传输矩阵,理论上得出了其幅度、相位电压调制范围,并对其进行数值分析。最后实验上制作了该器件,实验结果与理论分析相符。     

An Experimental Investigation of Liquid Jet Impingement and Single-Phase Spray Cooling Using Polyalphaolefin

Experiments on triangular and rectangular array jet impingement and single-phase spray cooling have been performed to determine the effect of both cooling techniques on heat transfer coefficient (h) and the coolant mass flux required for a given cooling load. Experiments were performed with circular orifices and nozzles for different H/D values from 1.5 to 26 and Reynolds number range of 219 to 837, which is quite lower than the ranges employed in widely used correlations. The coolant used was polyalphaolefin. The experiments simulated the boundary condition produced at the surface of the stator of a high power low-density generator or motor. For the custom fabricated orifices, commercial nozzles, and conditions used in this study, both cooling configurations showed enhancement of heat transfer coefficient as H/D increases to a certain limit after which it starts to decrease. The heat transfer coefficient always increases with Reynolds number. In keeping with previous studies, single-phase spray cooling technique can provide the same heat transfer coefficient as jets at a slightly lower mass flux, but with much higher-pressure head. Special Nu_d correlations that account for the range of parameters and coolant studied in this work are derived.     

单色仪晶体的应力形变和热缓释研究

报道了一种同步辐射光束线单色仪晶体的真空安装应力形变、热缓释方法及其实验结果,在总功率为210W,最大功率密度为1.28W/mm²时,晶体形变的等效曲率半径大于2000m,最大隆起高度小于0.1μm.     

叶顶单一气膜孔位置传热特性的数值研究

本文采用数值模拟的方法对凹槽叶顶前缘气膜孔的位置进行了研究,通过改变前缘第一气膜孔位置来分析叶顶区传热。数值模拟结果表明,由于冷却气对该区域没有提供足够的保护,肩壁表面的平均绝热效率远低于凹槽底面,平均传热系数远高于凹槽底面。叶顶第一气膜孔向前缘移动使肩壁表面的平均传热系数先升高再降低,叶顶前缘低绝热冷却效率区逐渐消失...     

Implementation of Liquid Crystal Thermography to Determine Wall Temperatures and Heat Transfer Coefficients in a Tube-in-tube Heat Exchanger

Liquid crystal thermography was used in a water-operated concentric tube-in-tube heat exchanger to determine local annular heat transfer coefficients at the inlet region. An annular diameter ratio of 0.54 was considered with the inlet and outlet orientated perpendicularly to the axial flow direction. Both heated and cooled cases were considered at annular Reynolds numbers ranging from 1,000 to 13,800. Wall temperature distributions were directly measured by means of a coating of thermo-chromic liquid crystals. Local heat transfer coefficients at the inlet were higher than those predicted by most correlations, but good agreement was obtained with some literature.     

燃烧室出口辐射对气膜冷却传热影响研究

燃气轮机高温透平中包含对流/导热/辐射等复杂传热现象。本文依托高温流热固耦合实验台,提出燃烧室与透平联合计算的方法,采用数值模拟和实验对比的方式分析了平板气膜冷却的对流/导热/辐射传热特性。同时研究了不同燃气吸收系数以及不同进口辐射条件对于平板气膜冷却的表面温度分布的影响。结果表明:辐射传热是燃气轮机首级高温叶片传热特性的重要影响因素,辐射传热使得实验平板温度抬升50～70 K,燃烧室/透平联合计算方法有效地分析了燃烧室出口辐射强度对高温平板气膜冷却辐射传热的影响;高温燃气辐射特性对于平板温度分布具有明显影响。