粗糙度对层板结构扰流柱换热特性影响

为了探讨精密铸造涡轮叶片内部表面粗糙度对扰流柱换热特性的影响,在冲击雷诺数Re为1×10~4~5×10~4下,数值模拟了粗糙度分别为0、10、20、30μm的典型层板结构内扰流柱表面换热系数。结果表明:粗糙度对扰流柱表面换热系数的影响主要集中在迎风面上;粗糙度增加使扰流柱表面平均换热系数增大;Re越大,粗糙度对换热系数的影响越明显,Re从1×10~4增加到5×10~4,粗糙度为30μm的平均换热系数相比于光滑扰流柱面提高了13%~134%。     

不同波纹通道综合性能的数值研究

利用数值模拟的方法,研究了在不同雷诺数下,反向和同向排列的各种周期性充分发展的层流流动波纹通道的综合性能,分析了雷诺数和通道型式对流动及换热综合性能的影响。结果表明:各通道的性能随雷诺数的增大均呈先下降后上升的趋势;反向和同向时,各通道的综合性能有所不同。     

层流脉动流中平行圆柱体对流换热的实验研究

为研究脉动流中圆柱体的对流换热特性,搭建了脉动流强化传热实验台架,研究不同雷诺数(Re=563 1689)、脉动频率(f=15 59 Hz)和压力振幅(prms=25～150 Pa)的脉动流中平行圆柱体的对流换热问题,获得了相对努塞尔数的经验公式Nur(f,prms,Re)。结果揭示了低频脉动流能显著增大平行圆柱体的对流换热系数,最大相对努塞尔数可达4.5以上。此外,固定雷诺数和脉动频率时,圆柱体表面平均温度随压力振幅的增大而非线性下降,但相对努塞尔数随压力振幅的增大而线性增加;固定压力振幅和脉动频率时,相对努塞尔数随雷诺数的增大而降低。     

V型交替扰流肋对流动与换热的数值模拟研究

采用结构化六面体网格和k-ε湍流模型求解三维N-S方程,对直冷却通道内部设置不同导流角度的V型交替扰流肋片的流动特性与换热特性进行数值模拟研究。分析了不同肋的导流角度对肋间壁面换热和流动的影响,并对导流角度进行全局寻优。结果表明,带肋直冷却通道的整体换热效果和综合冷却效率,分别与导流角呈近似的函数关系,导流角为58.45°时的通道整体换热效果最好,导流角为30°的通道综合冷却效率最佳。此外,交替肋片中大肋片下游肋间壁面的换热效果要比小肋片下游的好,其中前者产生的流体涡动比后者产生的大,影响了换热效果。     

多向扰流换热管管内传热与流动特性数值模拟

采用Realizable k-espilon湍流模型对不同雷诺数下的多向扰流换热管进行数值模拟,首先在光滑管中进行数值模拟,并与经验公式进行对比,验证了该数值方法的可靠性;其次研究了该换热管的结构参数及雷诺数的变化对努塞尔数和阻力系数的影响,进而分析出同一雷诺数下槽深比、节距比的变化对湍流动能和出口温度分布的影响,最后归纳出努塞尔数和阻力系数随结构参数及雷诺数变化的准则关联式。结果表明:随着结构参数的变化,多向扰流换热管的传热与流动性能都会发生显著的变化;当节距比和雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能都随着槽深比的增大而增大;当槽深比、雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能随节距比的增大而减小。研究表明多向扰流传热特性优于光滑管,可以起到较好的强化传热作用,准则关联式可为强化换热提供理论指导。     

雷诺数对低压涡轮气动性能的影响分析

为了深入掌握雷诺数对低压涡轮端区流动的影响,采用Transition SST转捩模型,对雷诺数为0.6×10~5～3.0×10~54种工况下的低压涡轮流场进行数值模拟。结果表明,采取的数值模拟方法能较准确的描述低压涡轮内部流动,在低雷诺数条件下,吸力面后部附面层易发生分离,且分离泡尺寸较大。随雷诺数的降低,叶栅出口截面的总压损失逐渐增加,损失平均值及高损失区面积的增加幅度均呈现非线性增长趋势。吸力面后部附面层分离区是低能流体聚集区,是流道内总压损失迅速上升的主要原因。通道涡流出流道后继续发展,与尾迹旋涡共同构成了叶栅下游区域损失持续增长的主要来源。     

超临界水冷堆类四边形子通道内超临界水的传热试验研究

在压力23~28 MPa、质量流速700~1 300 kg/(m2·s)、热流密度200~800 kW/m2的参数范围内,对超临界水冷堆堆芯棒径D=8 mm、栅距比P/D=1.2的类四边形子通道内超临界水的传热特性及管壁温度分布进行了试验研究,分析了压力、热流密度和质量流速对管壁温度及传热特性的影响,并与环形通道内超临界水的传热特性进行了对比。试验结果表明:在超临界压力区,类四边形子通道管壁温度随着焓值的增大而逐渐上升,换热系数在拟临界点附近达到峰值,低焓值区的换热系数比高焓值区大;随压力增大,壁面温度升高,换热系数峰值减小;热负荷的增大和质量流速的减小均会使壁面温度升高,换热系数减小,削弱传热强化。与环形通道对比发现,在低焓值区,类四边形通道与环形通道内壁温度和换热系数相差不大;超临界水在类四边形子通道内比在环形通道内更容易渡过拟临界区,拟临界区对类四边子形通道的影响比对环形通道的影响小。     

板式换热器中水酒精混合蒸气凝结换热特性的实验研究

通过设计搭建板式换热器凝结换热实验台,研究了不同酒精浓度(0%、1%、10%、50%)、不同蒸气压力(70、80、90k Pa)和不同蒸气流速(15m/s,25m/s)下,酒精–水混合蒸气在板式换热器中凝结换热系数随出口蒸气干度的变化特性。实验结果表明:在压力流速相同的工况下,随着蒸气干度的增大,换热系数随之增大;在90k Pa时,浓度为1%时换热系数增大明显,与纯水蒸气相比,增大约25%,而在中浓度和高浓度时换热系数减小;换热系数随着蒸气流速和压力的增加而增大。在实验数据的基础上,通过引入Jockob准则数,对混合工质凝结换热模型进行了研究,实验值和计算值对比误差在-35%~35%之间。     

泡沫金属矩形通道中对流换热的实验和模拟

实验研究和数值模拟了泡沫金属三维矩形通道内的流动和传热,引入基于渗透率的雷诺数和达西数,确定了泡沫金属对流换热和流动阻力的准则关系式,并分析了多孔结构参数和气体流速对对流换热系数、阻力系数的影响。研究结果表明:泡沫金属对流换热模拟结果与实验数据趋于一致,互为验证了可靠性;泡沫金属的换热强度和流动阻力均随孔径的减小(孔密度的增大或孔隙率的减小)而增大,大孔径的泡沫金属具有较好的对流换热综合性能;气体流速的增加有利于强化换热。     

直接空冷凝汽器翅片管积灰的换热特性研究

为了深入研究空冷凝汽器散热管束积灰时的传热与流动特性,利用FLUENT软件数值模拟了翅片管束不同积灰厚度的传热及流动情况,对比分析了翅片管束不同积灰厚度的压力分布、温度分布及速度分布,计算得到了翅片管束5种积灰厚度的对流换热系数、传热系数及流动阻力随迎面风速变化的规律,拟合得到了摩擦系数及努塞尔数随雷诺数变化的关系。结果表明:随着迎面风速的增加,积灰前后的管外对流换热系数、传热系数以及流动阻力逐渐增加;同一迎面风速下,随积灰厚度的增加,对流换热系数和流动阻力增大,传热系数减小。     

耦合末级的1000MW汽轮机排汽通道数值模拟

排汽通道流场的好坏直接影响凝汽器的换热性能和机组的安全经济性。利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件,综合考虑汽轮机末级、排汽缸和凝汽器喉部三者之间的相互影响,对某1000MW机组进行了汽轮机末级和排汽通道的整体耦合研究,并与部分耦合时的计算结果进行对比,以便清晰地了解排汽通道的真实流场。针对排汽通道流场分布特点,通过装设多组导流板对排汽通道流场进行合理改善。计算结果表明:在排汽通道流场和气动性能方面,整体耦合与部分耦合的模拟结果存在较大的差异;加装导流板后,排汽通道流场得到明显改善,在100%工况下,发电机侧排汽通道的压损减小了191.83Pa,出口处汽流的均匀性系数增大了9.26%。     

二次球窝/凸结构的流动控制及强化传热分析

球窝、球凸结构具有较好的强化传热效果,在换热器、燃气轮机冷却通道等传热设备上有较大的应用前景。采用数值模拟方法研究带有二次球窝/凸结构的矩形换热通道的传热及阻力特性,计算中采用SST k–湍流模型求解粘性Navier-Stokes方程,分析二次球凸截面直径对于通道流动及传热的影响。研究结果表明:二次球凸的加入对球窝腔内部及其下游光滑尾迹区的流动有明显的控制作用,同时在很大程度上影响了换热区域的努塞尔数Nu分布。相比于单球窝通道,二次球凸加入后球窝腔内以及下游光滑尾迹区的换热得到了明显的强化,并且随着二次球凸截面直径的增大,传热强化的程度逐渐增大,同时通过压力损失系数的变化规律可知,布置二次球凸结构强化传热的同时带来的压力损失非常小,可见二次球凸是一种有效的小流阻强化传热手段。     

对流换热对覆冰导线高频融冰温度分布的影响

根据流体力学的基本原理,应用有限元分析软件ANSYS建立覆冰导线高频融冰时的外流场模型,得到覆冰导线高频融冰时的周围空气流场、压力场分布规律及覆冰导线表面对流换热差异性。分析了高频融冰过程中的热量损失和对流换热的影响因素,通过电磁与热分析,揭示了高频激励融冰过程呈不均匀非对称融冰规律,覆冰导线迎风侧压力大、温度低,背风侧压力小、温度高,表明不均匀对流换热使覆冰导线背风侧先融化,迎风侧后融化。在环境温度和覆冰厚度一定的条件下,覆冰导线外表面温度随对流换热系数的增大而降低。     

攻角和端壁滑移对凹槽叶顶间隙流动传热的影响

以某燃气轮机高压涡轮动叶为研究对象,在主流雷诺数为9×104条件下,对进气攻角分别为-5°,0°,5°以及端壁有、无滑移时的凹槽叶顶旋涡结构和换热系数进行了数值模拟及实验验证。结果表明:压力系数模拟计算结果与实验数据吻合较好,说明本文数值模拟结果有效;无端壁滑移时,叶顶靠近压力面侧前缘产生的泄漏涡向吸力面和尾缘同时发展,叶顶换热系数沿叶型中弧线方向减小;端壁滑移缩小了泄漏涡尺度,泄漏流均匀地从压力面流向吸力面;叶顶换热系数沿垂直于弦长方向减小;端壁滑移虽然降低了间隙内泄漏流速度,但却使叶顶平均换热系数略有增大;端壁滑移使3种攻角的叶顶最高换热系数分别降低了7.5%,8.1%和19.2%;攻角从-5°变化到5°,端壁滑移和无滑移时的最高换热系数分别降低了14.9%和22.4%,无论端壁有无滑移,叶顶平均换热系数均降低了约11.8%。     

缩放型冷却孔结构参数对燃气轮机动叶气膜冷却效果的影响研究

为了增强燃气轮机动叶的气膜冷却效果,提出一种缩放型气膜孔结构,采用数值模拟的研究方法,模拟了吹风比M?1.0、主流湍流度Tu?5%时,分别带有扩张角度??0?、??5?、??10?和??15?的4种缩放型冷却孔叶片的气膜冷却效果,并用平均气膜冷却效率和不均匀系数两个新型评价指标辅以评价叶片冷却效果。研究结果表明:缩放孔型的扩张角度由??0?增加至??10?的过程中,无论是在叶片压力面还是吸力面上,气膜冷却效率整体呈递增趋势,其纵向平均气膜冷却效率和横向平均气膜冷却效率逐渐增大,不均匀系数降低,冷却效果增强。当扩张角度增大至??15?时,相对于带有??10?孔型的叶片,其压力面和吸力面上的气膜冷却效率出现下降,纵向平均气膜冷却效率和横向平均气膜冷却效率减小,不均匀系数增大,冷却效果变差;在带有不同孔型的叶片的中后缘位置都出现了明显的高冷却区域,带有扩张角度??10?孔型的叶片在该区域的冷却优势更明显;4种孔型在叶片吸力面上气膜覆盖的整体均匀度都要比压力面高。     

褐煤干燥乏气水回收与换热特性实验研究

该文针对褐煤干燥系统中产生的乏气余热与水回收问题,采用加湿热空气来模拟干燥乏气,实验研究了不同水蒸气质量分数、不同流速和不同进口温度下水回收和换热特性的变化规律。实验表明:冷凝水产量随水蒸气质量分数和湿空气流速的增大而增大,进口温度对其影响很小;冷凝率随水蒸气质量分数的增大而增大,随湿空气流速的增大而减小,进口温度对其影响很小;对流冷凝换热系数随水蒸气质量分数和湿空气流速的增大而增大,随进口温度的增大而减小,根据实验数据拟合了经验关联式,计算值和实验值吻合良好。     

某600MW汽轮机低压末级排汽通道耦合流动三维数值模拟及其结构优化

利用计算流体软件基于Spalart-Allmaras单方程模型分别对600MW机组的排汽缸、凝汽器喉部和两者耦合的排汽通道进行三维数值模拟,以便更加清晰地了解排汽通道的整体流场,并对排汽通道进行合理优化改造。计算结果表明,单独结构模拟结果与排汽通道耦合模拟的结果存在很大差异,主要体现在流场和压力损失上。在有进口漩流的模型中,蒸汽流场分布不对称,因此,不能为简化而采用1/2模型进行研究。针对排汽通道内流场分布,在排汽缸拱顶处加装导流挡板和在扩压管处加装分流板,能有效改善通道内的流场。     

高压燃烧室进气雷诺数对旋流预混燃烧特性的影响

采用数值模拟的方法对干式低排放高压燃烧室的燃烧特性进行研究,通过与文献中实验数据对比,验证了模型的正确性。分析了不同进气雷诺数下燃烧室的速度场、压力场及燃烧室出口截面温度的分布情况。结果表明,雷诺数对燃烧室内的流场影响较大。随着雷诺数的增加,燃烧室的回流区范围增大,燃气流速增加。燃烧室出口温度上升,燃烧室出口截面中心区域温度由外向内呈升高趋势。     

汽轮机排汽通道气动性能优化及凝汽器换热特性分析

针对汽轮机排汽通道气动特性严重影响凝汽器工作性能的问题,对某600MW机组的排汽通道加装导流板,实现气动性能优化。将优化后的喉部出口流场与凝汽器耦合,采用多孔介质模型和UDF冷凝程序对凝汽器内部流场及换热特性进行模拟和分析。研究改造前后喉部出口的流场特性及凝汽器内工质速度、换热系数和冷却水温等参数的分布情况。结果表明:改造后的排汽通道气动性能有明显改善,静压恢复能力有较大的提高。蒸汽在凝汽器内的负荷分布更为合理,提高了管束区冷凝面积的利用率。各汽室的换热系数、冷却水温、冷凝速率和端差均有明显改善。在机组的不同负荷下,真空可提高0.06-0.09k Pa。     

相对粗糙度和雷诺数对90°弯管局部阻力系数的影响

工程水力计算中的弯管局部阻力系数多为经验值,取值因来源不同而相差数倍,直接影响水力损失计算精度和工程造价.以90°圆弧弯管为研究对象构建模型,采用不同粗糙度钢管试验验证了三种k-ε紊流模型的正确性,在工程常用雷诺数范围3.2 ×104≤Re≤3.2×107和相对粗糙度范围0≤Δ/D≤0.002,模拟计算了不同相对粗糙度和雷诺数组合下的200余种工况的局部阻力系数.结果发现局部阻力系数与沿程阻力系数有类似的分区特征,存在光滑区、过渡区和粗糙区.在光滑区,局部阻力系数与雷诺数呈幂函数递减;在过渡区,局部阻力系数与雷诺数和相对粗糙度均有关;在粗糙区,局部阻力系数与相对粗糙度正相关,与雷诺数无关.局部阻力的影响长度在光滑管内随雷诺数增大呈非线性递增,在光滑管以外,随雷诺数的增大先递减然后趋于稳定,与相对粗糙度呈负相关.局部阻力系数与沿程阻力系数之间有一定函数关系,函数系数的变化仅与相对粗糙度有关.研究结果可为弯管局部损失的估算提供参考.