涡轮盘腔内部流动和换热机理研究

首先分析了旋转雷诺数Reφ、预旋比βp以及湍流参数!T对带有预旋的转静系盘腔内流动及换热特性的影响,重点考察了Reφ、βp和!T对轮盘中心处预旋比β∞、阻力系数ξ的影响,并详细分析了盘腔内部流动结构,发现惯性力和离心力占不同主导地位是诱发不同的流动结构的主要原因;另外得到了旋转壁面局部Nusselt数沿径向的分布规律及影响因素;最后研究了无量纲质量流量cw对无量纲温度θ的影响,发现θ与cw基本满足对数关系。     

船用燃气轮机低压盘腔系统流动特性研究

为了充分理解与掌握实际工程中盘腔多腔室流动特性,以实际船用燃气轮机低压盘腔系统为研究对象,基于ANSYS CFX软件,采用SST k-ω湍流模型开展数值模拟,对比分析了船用燃气轮机低压盘腔系统在不同工况下的流动特性。研究表明：在各支路流量分配中,随着雷诺数增加,接受孔流量先波动后持续增大,平衡孔流量逐渐减小;在气体预旋比分布中,对于腔体C3,C4,C5,随着雷诺数增加,气体预旋比逐渐减小;对于涡系结构,C4和C5盘腔涡系结构基本保持稳定;预旋喷嘴出口和接受孔进口之间的总压差随着雷诺数增加呈现指数增长趋势,总温差随着雷诺数增加先增大后减小。     

某压气机盘腔的流动换热数值仿真研究

为了获取进出口压力对压气机盘腔温度分布的影响规律,采用数值模拟的方法对一种真实的涡扇发动机压气机旋转盘腔进行了流动换热研究。结果表明,应用二维数值模拟能够较为准确的捕捉轴向通流盘腔的流动特征,数值方法及简化模型的可信度较高;随着盘腔进口压力的提高,盘腔进口至出口的温升增加,但温升对流量的变化相对不敏感。     

微小型向心涡轮转子的流动特性分析

利用三维粘性数值模拟手段分析研究了一台直径35mm、设计转速为150000r／min的向心涡轮转子的流动特性。根据计算结果，得到了设计转速下向心涡轮转子的特性曲线以及设计点参数(流量为0.064kg／s，总落压比为1.716，绝热效率为0.849，做功量9.25kW)。根据流场内的壁面极限流线、空间流线以及截面流线，分析了在这台转子叶片通道中涡系的产生、发展过程以及分离形态的演变。根据叶轮主要特征流面的流动等值线图，分析了这台涡轮转子的流动特点。在初步认识向心涡轮的流动规律之上，为这台向心涡轮转子的改进设计提供了理论依据。     

带微型涡轮的旋转盘腔流场的实验研究

以带有微型涡轮的旋转涡轮盘腔为研究对象,采用实验的方法对其流动特性进行系统研究.实验采用五孔探针采集数据,具体研究了11OOr/min和1800r/min两转速下盘腔内部6个不同轴向位置的速度以及涡系结构分布情况.研究结果表明,进气惯性力和旋转效应的相对大小是影响带有微型涡轮的旋转盘腔内部流场的主要因素,高转速时,旋转效应主要控制流场结构.研究还得到了不同工况下,流场内部切向速度、径向速度、轴向速度的不同分布规律.     

对转涡轮气动技术研究进展

对转涡轮技术是有效提高发动机功率密度、效率,减少陀螺效应的重要技术手段之一,但其设计难度大,在实际工程应用中仍面临一系列技术挑战。本文主要从对转涡轮在不同领域中的应用、气动设计及性能分析、内部流动分析及优化和气动试验技术四个方面对近十年来国内外对转涡轮气动技术的研究进展进行综述,并指出未来应进一步深入认识不同类型对转涡轮内部复杂流动机理及调控方法,加强试验技术研究,为实现对转涡轮在不同领域中的应用提供技术支撑。     

盘腔封严流对主流影响的瞬态POD分析

盘腔封严冷气泄漏流与主流的相互干涉对燃气轮机效率有重要影响。基于带有叶片的转静系盘腔模型的瞬态数值解,采用本征正交分解(POD)方法对主流场进行分解,分析瞬态流场的湍流能量、模态系数与湍流结构,研究封严泄漏流与主流场的干涉以及轴向封严间隙与径向封严间隙对泄漏流的影响。结果表明：在不同相对叶高处湍流能量占比存在差异,在相对叶高50%处,径向封严比轴向封严湍流能量高19.74%,相对差值达到最大;在相对叶高30%处,径向封严比轴向封严湍流能量高15.93%,绝对差值达到最大;主要湍流结构和次要湍流结构在模态系数频域特性、模态湍流结构上表现出差异,径向封严对盘腔流体与主流流体交互作用的阻碍强化了封严间隙对主流的干扰。     

燃气轮机涡轮盘腔燃气入侵与封严技术研究进展

涡轮轮缘间隙燃气入侵及封严技术是燃气轮机领域研究的热点和难点问题。本文针对转-静盘腔内部流动及轮缘密封、多物理场环境下热运行轮缘间隙、封严扫吹流与主流相互作用进行综述,分析并总结了燃气入侵与封严技术的未来研究重点和发展趋势,包含非定常多模态高温燃气入侵理论、轮缘间隙大尺度涡系结构演化规律及封严扫吹流径向迁移机制及损失机理等。     

具有盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘对流换热特性分析

提出一种具有盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘,利用靠近盘腔出口处叉排扰流柱群的强化对流换热,进一步提高了双辐板涡轮盘的换热效果。对壁面层网格进行细化,采用SST k-ω湍流模型,分别建立具有光滑盘腔、盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘对流换热模型,分析了扰流柱群对盘腔对流换热的影响。对比分析表明:扰流柱群明显增加了盘腔的局部对流换热,辐板上的低温区域明显增加,涡轮盘的最高温度相应降低,最高温度降低4 K;随着雷诺数的增加,扰流柱群局部对流换热系数相应增加,盘腔内壁的面积平均换热系数提高了20%,增强了双辐板涡轮盘的降温效果。     

涡轮导向叶栅内流动的数值研究

为了有效地区分各种损失对涡轮总效率的影响,准确把握涡轮叶栅流场气动性能,对某型涡轮导向叶栅内的气体流动进行了数值模拟。结果表明,对此涡轮导向叶栅的改型设计比较成功。     

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。     

涡轮叶片尾缘端部冲击流动与换热特性研究

针对涡轮叶片尾缘吸力面热应力集中,容易造成叶片尾部烧毁的现象,提出端部冲击扰流柱结构,采用Realizable k-ε湍流模型和增强壁面函数分析涡轮叶片尾缘内部流场和吸力面换热特性,研究不同冲击孔与扰流柱排列方式的影响,揭示端部冲击扰流柱结构的流场与换热机理。研究表明,端部冲击扰流柱结构对于改善吸力面的换热效果要优于中间冲击扰流柱结构,对端壁的换热有显著提高;各表面平均换热系数均随着压比的增大而增大,顺排结构时,冲击孔换热最强,扰流柱换热次之;叉排结构时,冲击孔换热最强,隔板迎风换热次之;近距离冲击,顺排的综合效果优于其它几种结构,而远距离冲击,叉排的综合效果最好,其吸力面温度分布较均匀。     

凹槽式叶顶流动换热的数值研究

针对叶尖间隙高度对凹槽式叶顶流动与换热的影响展开数值研究,评估4种湍流模型在叶顶换热方面的预测能力.结果表明：凹槽肩壁顶部、凹槽腔底部近前缘区域和叶顶尾缘为高换热区,凹槽腔底的中部和尾部区域为低换热区;不同湍流模型对叶尖间隙泄漏量预测差别很小,但泄漏流流动状态差异很大,这是造成不同湍流模型对叶顶换热预测存在重大差别的原因;在研究的间隙范围内,叶尖间隙泄漏量和叶顶换热强度随间隙高度的增大而增加;在所选的4种湍流模型中,k-ω模型是叶顶换热数值模拟较好的湍流模型选择.     

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...     

逆向流动边界下窄方腔内相变材料融化传热数值研究

为分析复杂流动边界条件对相变材料融化进程的影响,采用计算流体动力学方法进行数值模拟,研究了窄方腔内月桂酸在逆向流动边界中的融化传热特性。建立了填充有相变材料的窄方腔两侧流过参数相同但逆向的传热流体的物理模型。通过数值模拟得到了相变材料融化形态变化以及相对应的液体分数、温度、速度矢量分布等瞬态传热特性,从中总结出了腔体中相变融化机制和传热机理。选取雷诺数1×10⁴,3×10⁴,5×10⁴,7×10⁴和瑞利数3×10⁶,4×10⁶,5×10⁶,6×10⁶的7种工况,分析了不同边界条件对传热过程的影响。结果表明：腔内自然对流的产生大大增加了传热强度,导致顶部相变材料率先完全融化;融化阶段的传热方式依次为导热、导热与对流混合、对流主导传热;在两侧流体的共同传热作用下腔内外换热效果明显增强;雷诺数和瑞利数都对融化过程有积极的影响,但融化前期雷诺数影响较大,后期瑞利数逐渐起主导作用。     

Development of Empirical Correlation for Heat Transfer to Nanofluids

Nanofluids are emerging as alternative fluids for heat transfer applications due to enhanced thermal properties. Several correlations are available in open literature for heat transfer coefficient (HTC) and thermophysical properties of nanofluids. Reliability of correlations that use effective properties for estimation of HTC needs to be checked. Comparison of experimental HTC and that estimated from existing correlations is the main objective of the present study. An empirical correlation is developed with experimental data of the HTC for zinc–water and zinc oxide–water nanofluids. Experimental HTC is compared with that estimated from developed correlation and existing correlations. The range of Re considered for the study is 4000 to 18,000. Comparison indicated large deviation in experimental values and the values estimated from existing correlations. Based on comparison results, it can be concluded that the single‐phase models of forced convective heat transfer cannot be extended to nanofluids.     

内置稳燃热岛燃气锅炉内流动与传热数值模拟

1前言近年来,随着钢铁工业的迅猛发展,生产中的副产煤气大量增加。焦炉煤气和转炉煤气由于发热值高,可以在生产和生活中有效利用。而高炉煤气属低热值燃料,受到其燃烧特性的限制,很难作为远距离输送的生活用气,只能在企业内部转换利用[1]。为了充分利用自产的高炉煤气,国内钢铁     

侧向进汽凝汽器汽相流动与传热的物理模型及数值模拟方法

根据侧向进汽凝汽器壳侧的蒸汽一凝结液两相流流动特点,利用现有实验数据建立了考虑液相重力及汽流方向对溢流影响的阻力系数与汽侧换热系数的关联式,并将其用于侧向进汽凝汽器汽相流动与传热的数值模拟方法与程序。采用所发展的程序预测了一台实验凝汽器的工作特性。计算结果与现有实验结果较一致,证实了所用物理模型与计算方法的适用性,同时也揭示了侧向进汽凝汽器流动与传热的一般特性。     

板壳式换热器流固耦合换热的数值模拟

以型号为IPS24的波纹板壳式换热器为研究对象,应用CFD软件ANSYS FLUENT16.0进行流体流动及耦合换热的数值模拟。结果表明:人字形波纹板结构对板壳式换热器传热性能有显著的增强,且能够有效地防止结垢;随着入口流速的增加,总对流传热系数增加,但也会导致压力损失增加,在流速为1.0 m/s时总传热系数达到1 519 W/(m~2·K),冷、热流体进出口压降也分别高达81.2和83.1 kPa。