分离结构扰流柱的叶片通道流动与换热数值研究

应用-两方程模型对分离结构扰流柱的叶片内冷通道的换热与流动进行了三维数值模拟研究,扰流柱的布置按简单叉排方式。计算结果表明:在本文的参数范围内,与完整扰流柱相比,分离结构扰流柱的换热效果略有增强,而阻力系数随之增大,分离位置居中的扰流柱通道的换热效果最好。随着开缝厚度的增加,通道表面换热效果和流动阻力系数均先略有增大而后逐渐减小。     

旋转对梯形扰流柱通道流动及换热的影响

采用数值模拟的方法,对在旋转情况下的有弦向出流的梯形扰流柱通道内的三维流场进行了模拟研究。重点研究了在固定出流比的情况下,不同转速对扰流柱通道内的流动情况及端壁平均换热系数的影响。计算结果表明：R_o不为0时,通道内的流场与静止时相比有较大变化,在扰流柱区域内的扰动强度明显增大,流动更加紊乱,在扰流柱区域和无柱区域内均有涡旋现象发生;当Re数一定时,通道的压降和端壁的平均换热系数随着旋转数R_o的增大而增加;旋转对扰流柱通道的压降和端壁换热系数有明显影响,旋转对扰流柱通道流动及换热的影响随通道数Re数的增大而增强。     

具有浇注缺陷的扰流柱流动与换热特性的对比分析

采用数值模拟方法对两种具有浇注缺陷的扰流柱通道的换热和流动阻力特性进行了模拟,重点研究了断裂结构和束腰结构扰流柱的影响,并与完整扰流柱通道进行了比较。结果表明所研究的扰流柱通道与完整扰流柱通道相比,其换热效果和压力损失系数相差不大。具有断裂结构和束腰结构的扰流柱减轻了叶片的重量,降低加工精度,对通道的流动和换热特性的影响不大,甚至具有一定的强化传热作用。     

扰流柱构型对层板冷却特性的研究

在扰流柱体积一定时,通过数值模拟研究了扰流柱构型对多孔层板冷却性能的影响.计算结果表明:扰流柱构型的改变对射流冲击和气膜冷却的影响较为微弱,对环腔内部的对流换热影响较大,故对层板结构的综合冷却效率有一定的影响.在文中研究的六种扰流柱构型的层板结构中,圆形扰流柱构型外表面相对较为顺滑,能够较好地匹配冲击射流形成的壁面射流...     

截面形状对旋转扰流柱通道流动换热特性的影响

为合理设计航空发动机涡轮动叶尾缘冷却结构,采用ANSYS FLUENT软件模拟了四种扰流柱截面形状在旋转状态下的流动换热特性。对比分析了不同旋转数(Ro)和不同扰流柱截面形状时通道内部的三维流场分布、湍流动能分布、努塞尔数(Nu)分布以及阻力系数。其中扰流柱的截面形状包含圆形、菱形、矩形和椭圆形,Ro数包含0、0.2、0.4和0.6四种数值。模拟过程中通道入口雷诺数为7 000,壁面恒定热流为1 000 W/m²。结果表明,截面形状和旋转数对流动和换热状态有着显著影响,矩形扰流柱通道的换热系数和阻力系数最高;随着旋转数的增加,迎风面和背风面的换热系数差异逐渐增大;在旋转作用下,扰流柱尾缘区域出现了纵向二次流,该二次流显著破坏了壁面附近的边界层,有利于背风面换热增强。     

涡轮叶片尾缘扰流柱最佳形状的研究

以涡轮叶片尾缘中扰流柱的换热为应用背景，讨论了一定条件下获得最大换热量时扰流柱的形状曲线，系统分析了这种最佳曲线随扰流柱物性参数及几何特征变化的规律。     

旋转对非圆形扰流柱排换热影响的数值模拟

对有非圆形叉排扰流柱排的旋转矩形通道的换热旋转效应进行了数值模拟。扰流柱排的几何参数为/=4,/=1.33,/=2.7。来流雷诺数=20000下,旋转数o=0～0.3时对三种不同形状(方形、钻石形和液滴形)的扰流柱旋转矩形通道的换热研究。结果表明:迎风面与背风面的平均数都随着o的增加而增大;钻石形扰流柱排通道的换热最强,其次为方形、液滴形;此外,研究发现随着旋转的增强,矩形通道端壁各段的换热变化呈现出不同的规律,进口区端壁的换热会增强,而扰流柱排区以及尾缘区的换热则先减后增。     

扰流柱对间断交叉肋流动换热特性的影响研究

为了探究扰流柱对间断交叉肋通道流动与换热特性的影响,针对不同扰流柱数量和排布位置建立了不同的交叉肋模型,并通过数值模拟的方法,计算了各模型的阻力系数比、强化换热系数以及综合热效率3个性能指标的变化情况。研究结果表明：随着扰流柱数量的增大,阻力系数比和强化换热系数逐渐增大,而综合热效率不断下降;在进口雷诺数为20 000时,14柱模型与32柱模型相比,阻力系数比升高了15.4%,强化换热系数升高了32%,综合热效率提高了2.6%;将相同数量的扰流柱排布在通道内的不同位置对综合热效率的影响并不明显。     

燃气透平叶片尾缘内部冷却通道流动与换热特性研究

针对更为接近于真实叶片尾缘段的楔形内部冷却通道的流动与换热特性开展了数值研究,分析了不同冷却工质应用在楔形冷却通道中的性能表现以及不同扰流柱结构、柱肋组合冷却结构对尾缘内部冷却通道中的热力特性的影响.研究表明:区别于矩形内部冷却通道,楔形通道中壁面传热系数沿流动方向呈现逐渐升高的趋势;冷却工质对换热性能影响明显,蒸汽的...     

燃气涡轮篦齿叶顶流动传热特性的数值研究

以GE-E3型第一级叶栅为研究对象开展数值研究,基于高压涡轮常规凹槽叶顶提出新型叶顶结构。通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和标准k-ω湍流模型研究了篦齿结构和布局对叶顶流动传热特性的影响。数值预测的平叶顶的流场分布与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。研究结果表明:篦齿叶顶可以有效降低中弦处的叶顶泄漏损失,篦齿形状对泄漏强度影响较小。此外,篦齿叶顶显著降低叶顶平均传热系数和热负荷,相比常规凹槽叶顶,前缘斜篦齿叶顶的平均传热系数降低了22.39%。在研究的新型叶顶结构中,倒梯形篦齿叶顶(I-TIP)具有最低的叶顶平均传热系数,梯形篦齿叶顶(T-TIP)具有最低的叶顶热流量,前缘斜篦齿叶顶具有最佳的气热性能。在叶顶凹槽前缘布置篦齿结构可有效降低叶顶换热系数。     

椭圆管内对流换热与流动阻力特性研究

通过CFD技术,分别对5种长短轴之比的椭圆管管内湍流和层流状态时的换热与流动进行数值研究,分析了流体流动状态和椭圆管长短轴之比对换热系数与流动阻力的影响,并根据数值计算结果拟合出湍流区椭圆管管内换热系数的准则关系式,最后绘制每种类型椭圆管的局部换热系数曲线。研究结果表明:数值计算结果与实验值吻合良好;采用当量直径的方法计算椭圆管内换热系数误差较大;随着雷诺数的增加,每种类型的椭圆管管内阻力系数逐渐减小;而在相同的雷诺数下,随着长短轴之比K的增大,管内阻力系数逐渐增加;每种类型的椭圆管具有类似的局部换热特性,即长半轴两端点处局部换热系数最低,而短半轴两端点处具有最大局部换热系数。     

扰流空心翅片式微流道液冷板流动换热特性研究

液冷板冷却技术是解决高功率芯片热管理问题最有前途的技术之一,带翅片结构的液冷板具有低流阻、低热阻的优势,因而受到广泛关注。目前翅片结构多以实心为主,空心交错翅片对液冷板散热能力和压降等冷却特性的影响尚未得到系统的研究。对此,设计了空心交错翅片液冷板,采用数值模拟的方法研究进口温度和流量对液冷板流动换热特性的影响。模拟结果表明,空心翅片式液冷板具有良好的散热性能,随着进口温度的升高,液冷板温度不均匀性逐渐降低,但降低趋势有所减缓,而流量的增大对降低平均热阻有显著的作用,当进口流量超过1.2 L/min时,液冷板的平均热阻可低于0.04℃/W;然而,流量的增大也提高了流动阻力,当流量增大至1.7 L/min时,流体出口区域形成涡旋,产生回流区,不利于液冷板的散热效果,且流动阻力增大。     

双壳程管壳式换热器的传热和阻力特性

针对弓形折流板管壳式换热器流动死区大,压降高的不足,提出外螺旋折流板内斜百叶折流板的双壳程管壳式换热器结构,外螺旋角为15°～40°,内斜百叶折流板倾角为45°。通过三维数值模拟,研究其传热和阻力特性,获得其局部流场,并与传统弓形折流板换热器进行了对比,同时分析了外壳程螺旋折流板不同倾角对其性能的影响。结果表明:双壳程管壳式换热器的壳侧流场分布均匀,流动死区减小,综合性能高于相同壳径和管束布置的弓形折流板管壳式换热器,外螺旋角为30°时,单位压降下的传热系数平均提高了24. 4%。当外螺旋角为20°时,该换热器具有最好的综合性能。     

透平端部非定常流动及传热的数值研究

基于E~3透平第一级模型,通过将动叶放大对级进行约化,数值分析非定常下透平级内涡系结构的发展。静叶出口的涡系结构受下游动叶周向运动的影响,通道涡呈现抬升趋势。静叶出口总压损失比定常相对高1.22%。静叶出口的通道涡在下游动叶内传播,与动叶内的二次流涡系结构发生干涉,静叶出口的通道涡对动叶内的通道涡产生排挤作用。受非定常效应的影响,端壁上摩擦系数的分布呈周期性变化,其中吸力面前缘角区与分离线下游区域变化尤为突出。相比于定常计算的结果,非定常条件下端壁传热的平均水平提高,但是变动幅度降低。     

水平光管内R410A与R134a流动冷凝换热特性的对比研究

为研究R410A与R134a在水平光管内的冷凝换热特性,在管内冷凝换热试验台上进行冷凝试验,分析质量流量、冷凝温度、测试水雷诺数Re、管径和制冷剂物性对换热系数和压降的影响。研究表明:换热系数、压降均随着质量流量的增加而变大,随冷凝温度的升高而减小,换热系数随测试水雷诺数Re的增加而减小,而测试水雷诺数Re对压降的影响相对较小;尽管R410A的换热系数随管径的减小而增大,而管径对R134a换热系数的影响并不显著,R134a与R410A的压降均随管径的减小而增大;单位压降换热系数随质量流量的增加而减小; Cavallini et al.关联式可较好预测R410A与R134a在光管内换热系数,而Shah关联式只能用于预测R134a的换热系数。     

燃气轮机罩壳内的流动阻力和传热特性计算

为了建立具有异型结构和复杂流动过程的燃气轮机罩壳系统内部阻力和传热特性的工程计算模型,采用Fluent软件结合UDF函数对罩壳内三维流场和传热特性进行了数值模拟,并用燃机电厂实测数据进行了验证.采用数值模拟结果对异型结构通道的阻力工程计算公式和燃机本体保温层外的对流传热系数分别进行了修正.修正后的工程算法结果表明保温层...