垂直辅助孔对气膜冷却效率影响的数值分析

为了研究垂直辅助孔对气膜冷却效率的影响,采用湍流模型及fluent软件,对不同吹风比、单孔结构以及不同位置的垂直辅助孔射流气膜的流场、温度场、冷却效率分布进行研究。结果表明,垂直辅助孔位置的不同影响主孔射流在y方向动量和出口展向速度,当辅助孔位于x/D=-1结构对肾型涡压制效果最好;大吹风比时,垂直辅助孔结构中肾形涡得到有效压制,辅助孔位于x/D=0结构冷却面平均冷却效率最高,较圆柱孔均匀排布结构面平均效率提高了20.7%。     

高压涡轮动叶吸力面气膜冷却特性研究

为了研究某航空发动机高压涡轮动叶吸力面的气膜冷却特性,通过数值模拟的方法,采用SST k-ω湍流模型,分析了高压涡轮动叶在静止和旋转条件下,吸力面气膜冷却效率的影响规律。结果表明:在静止条件下,相同主流湍流度时吹风比对吸力面气膜冷却效率影响显著,冷却效率随着吹风比的增大而减小;在小吹风比下,气膜冷却效率随着主流湍流度的增大而减小;在大吹风比下,气膜冷却效率随着主流湍流度的增大而增大。在相同湍流度和转速下,随着吹风比的增大,气膜向高半径偏转程度减小;在相同湍流度和吹风比下,随着转速的增大,气膜沿流向上的气膜覆盖面积减弱。优化结构的扇形气膜孔对叶片吸力面具有更好的冷却效果。     

平板单孔气膜冷却流动特性的实验研究

采用热线风速仪测量系统对平板气膜冷却模型的流场进行实验分析,获得了在不同吹风比下不同截面处的速度与湍流度的变化规律与趋势。结果表明,吹风比较小时(M1),冷却气体穿透力弱,能形成较好的冷却气膜;随着吹风比增大(M1),在气膜孔下游产生的肾形涡流增大,增高了漩涡中心,且相同位置处的湍流度增大,导致气膜的覆盖面积减小,并使主流与射流换热加剧,减弱了冷却效果。     

上游斜坡对气膜冷却流动影响的实验研究

为了获得气膜孔上游放置斜坡对气膜流场结构的影响规律,利用热膜风速仪测量系统研究了斜坡的台阶高度分别为0.5d和1.0d(d为气膜孔直径)时不同吹风比下沿孔出口中心线下游气流的速度分布和湍流度分布情况,并与常规气膜孔下游流场结构进行对比,以揭示斜坡对气膜冷却流场作用的影响机理。结果表明,带斜坡的气膜冷却结构会降低孔上游的流速并提高孔下游的湍流度。     

扇形孔气膜冷却效果的数值模拟

对不同横向扩张角的扇形气膜孔在不同吹风比下的平板气膜冷却进行了数值模拟,分析了扇形气膜孔下游气膜冷却效率的分布规律。模拟结果表明,横向扩张角和吹风比的增大都会导致下游冷却效率的下降,横向扩张角较大时扇形孔下游的冷却效率对吹风比变化更敏感,适当增大横向扩张角能够有效扩大冷却气膜的横向覆盖面积。     

鳞片孔形状对冷却效率及流量系数的影响

为了研究鳞片孔气膜冷却特性,通过数值模拟的方法,阐述了不同鳞片孔直径D、鳞片孔深径比h/D、吹风比对冷却效率及流量系数的影响。主要获得以下结论:相同吹风比下,鳞片孔孔径的增大,能降低鳞片孔的流动阻力,更有利于提高流量系数及冷却效率。鳞片孔h/D对壁面气膜冷却效率及气膜覆盖分布影响不大,但是h/D较小的鳞片孔具有更高的流量系数。对于一定结构的鳞片孔而言,吹风比M越大,气膜冷却效率越高,气膜在壁面的展向覆盖增强到5D。     

扇形气膜孔冷却效果的数值模拟研究（英文）

扇形气膜孔是一种先进的气膜冷却结构,其冷却效果相对于常规的圆形气膜孔显著提高。本文在多种流动进口条件下,对扇形气膜孔的冷却效果开展了数值模拟研究,研究中使用的流动进口条件包括:三种吹风比(0.5,1.0,1.5),四种主流道马赫数(0.3,0.45,0.6,0.75)。研究中使用了三种不同的RANS湍流模型(可实现的k-ε,SST k-ω,标准k-ε)进行了CFD计算分析,以中心线绝热冷却效果为观测对象,对数值模拟和试验结果进行了对比分析。对比试验结果,可实现的k-ε模型相对另外两种模型在计算冷却效果时有较高的温和度,但是另一方面,上述三种湍流模型计算得到的冷却效果相对试验结果都是偏高。     

横向槽深度对气膜孔冷却性能影响数值研究

应用数值模拟的方法,研究了带横向槽的气膜孔冷却结构的槽深度变化对其平均冷却效率的影响规律。在吹风比分别为0.5,1.0,1.5和2.0的条件下,对深度分别为0.5D,0.75D,1.0D和不开槽的4种气膜冷却结构进行了数值模拟,得出了气膜孔出口开槽深度变化对平均冷却效率的影响规律。同时给出了吹风比为1.0时,气膜孔中心线温度场二维轮廓示意图及近壁面的冷却效果示意图,并分析了槽深度对平均冷却效率的影响机理。     

不同工况对燃气轮机平板气膜冷却效率影响的实验研究

对不同工况下的平板模型进行气膜冷却实验,采用红外热像技术得到在不同工况下的平板表面的温度分布,分析了不同情况下对气膜冷却效率的影响规律,结果表明,合理的优化冷却技术,对提高燃气轮机的运行效益具有重要意义。     

出流孔型对平板气膜冷却影响机理的研究

为了研究不同孔型对平板气膜冷却的影响,针对圆形,扇形,水滴形,收敛缝形四种气膜出流孔型的流动和传热特性进行了数值模拟。研究结果表明,圆形孔、扇形孔和水滴形孔气膜出口下游出现从中心向上抬升的反向旋转涡对,将主流燃气卷吸进来；收敛缝形孔在侧向的扩张型面使得气膜出流在展向的覆盖更为均匀,这有效地阻止了高温气体的侵入；在相同吹风比下,收敛缝形孔在气膜出口附近区域的平均绝热冷却效率则明显要高于其余三种孔,随着吹风比的增大,这种差距越发明显；孔型对对流换热系数增强比的影响区域仅局限在邻近气膜孔出口大约7倍气膜孔径的范围内。      

薄膜在流延辊上冷却过程温度场的数值模拟研究

为了获得较高表面质量的流延膜片,采用流场仿真手段,对薄膜在流延辊上的冷却过程进行了温度场的数值模拟,并探讨了流延辊直径、螺旋流道导程和流道尺寸对流延膜冷却效率及表面温度均匀性的影响。结果表明,流延膜的冷却效率及表面温度均匀性均随着辊直径的增大先减小再增大;减小流道的宽高比和导程,有助于提高膜片的冷却效率;增大流道的宽高比,减小导程,有助于提高膜片表面的温度均匀性。采用正交试验设计,对辊直径、流道导程、流道尺寸这3个因素进行了响应面分析及结构优化,优化后的温度均值及温度极差值分别较最初值降低了0.082 K和1.639 K。此研究为改善流延膜表面质量提供了理论依据。     

Design of sister hole arrangements to reduce kidney vortex for film cooling enhancement

In this study, we investigated whether vortex control of forward and backward injection jets with different vortex strengths contributed to enhanced film cooling effectiveness. Various hole arrangements, composed of primary and sister holes, were used to control vortex strengths and vortex interactions between film cooling jets. Numerical simulations were conducted to obtain and analyze the flow characteristics and film cooling effectiveness of six sister hole arrangements, composed of forward and backward injection holes, for blowing ratios of 1 and 2. Hole arrangements with backward injection holes showed improved film cooling effectiveness and laterally wide coverage of film cooling jets. Hole arrangements with forward injection primary holes and backward injection sister holes showed coverage of the entire surface by the film cooling jets, due to the backward injection jets from sister holes and the formation of outward vortexes. Additionally, the other hole arrangement, consisting of forward injection sister holes in the first row and backward injection primary holes in the second row, produced an anti-kidney vortex and improved film cooling effectiveness at high blowing ratios.

     

某机载S形深孔液冷板优化设计

S形深孔冷板被广泛应用在强迫液冷的机载电子设备中。从对常规S形深孔冷板的结构特点分析可知,因其流道串联、长且平直,所以流道内压力损失大,换热效率低。因此,在进行某机载S形深孔冷板优化设计时,采取了并联分支以降低流阻,在平直流道中设置了多级阶梯孔以提高换热效率,确定了冷板双进、双回以及双出的结构形式。经有限元仿真分析和试验验证,选取凸出物高度与当量直径比0.05进行阶梯孔优化,优化设计后的冷板流阻下降了1/3,最大温差下降了4.5℃。经装机使用,优化设计后的冷板散热性能可靠,达到了优化设计的目的,其优化方法对同类S形长直流道冷板的优化设计具有一定的参考价值。     

泡沫金属填充板式换热器的传热特性研究

以空气为介质对泡沫金属填充板式换热器的综合性能进行了试验研究,主要研究了不同孔密度的泡沫金属填充板式换热器的传热效率及压力损失。结果表明:对于以空气为介质的板式换热器,填充泡沫金属后,在较小的压力损失下传热效率得到显著提高,压力损失随孔密度的增大而增大。研究结果对设计制造轻型紧凑的高效换热器有工程实用价值。     

激冷影响TC4钛合金FSW残余应力与变形的规律

以2 mm厚TC4钛合金板材作为研究对象,基于ABAQUS模拟软件对空冷和激冷条件下钛合金搅拌摩擦焊的温度场和失稳变形进行了研究,并对模拟结果进行了实验验证。结果表明：焊接过程中的温度场均为椭圆形分布,在垂直于焊缝方向残余应力均为双峰型分布。与空冷条件相比,激冷可减小焊接过程中温度峰值与高温分布范围;焊件表面拉应力的降低程度远大于焊件底部拉应力的降低程度。当激冷温度与距离分别是-30 ℃与20 mm时,激冷条件下焊件马鞍形相当于空冷条件下变形量的72.2%。     

前缘凸脊倾斜气膜冷却效果

为了研究前缘凸脊结构对气膜冷却的影响规律,设计3种不同堵塞比的凸脊模型,研究气膜冷却效率随吹风比、堵塞比的变化规律,并运用数值模拟方法分析再附区域的流场分布。研究结果表明,与典型的圆柱形气膜孔相比,前缘凸脊的存在可以使气膜冷却效率提高130%以上;前缘凸脊在大吹风比下的作用更加明显;堵塞比B为0.21时气膜冷却效率最高;数值模拟结果与试验结果吻合得较好;在特定范围内,吹风比的增大或凸脊堵塞比的增大有利于提高气膜再附区域的展向覆盖,进而提高气膜冷却效率。     

新型动静压差速转台油膜负压改进研究及其润滑特性分析

以新型动静压差速转台为研究对象,为了改善油膜存在的负压问题,提出两种改进方案。方案Ⅰ是在静压腔封油边处建立流量补偿孔,方案Ⅱ是在动压进油槽处增加进油孔。利用计算流体力学软件对转台油膜压力场、温度场进行数值仿真,并对不同转速下改进前后油膜承载力、进口流量、最低压力和最大温升进行对比分析。结果表明:两种改进方案都能有效改善负压,油膜特性均优于改进前,在改善负压上适用的转速范围更宽。