扇形和圆形气膜冷却直孔的流场和传热实验研究

对锥顶角（扇形角）γ分别为１５°和３０°的垂直扇形气膜冷却单孔射流下游的流场和传热进行了详细的实验研究，并与相同实验条件下圆孔射流的情形进行了比较。结果发现，扇形喷口下游的速度边界层等值线具有两种基本的分布形态，即使在高吹风比Ｍ＝２．０时，扇形孔的下游也没有明显大于主流速度的射流区域出现。吹风比Ｍ≥１．０时喷孔两侧边缘处沿流向形成了一对转向相反、强度较弱的纵向耦合涡。在相同的吹风比下，扇形喷孔出口面积的增大能够有效地降低耦合涡的强度和Ｖ、Ｗ速度分量，从而提高了气膜冷却效率，尤其是提高了喷孔两侧下游位置上的冷却效率。在喷孔中线下游位置上，当吹风比Ｍ＝０．３时，扇形角γ的变化对冷却效率几乎无影响，而当吹风比Ｍ≥１．０时，扇形喷孔较圆孔的冷却效率明显高得多。在喷孔中线两侧ｚ／Ｄ＝１．３的位置上，当扇形角相同时，吹风比低的射流冷却效率较高；当吹风比相同时，扇形角γ＝１５°和３０°的冷却效率非常接近。     

不同孔型气膜冷却流场的大涡模拟

采用大涡模型(LES)模拟了圆形气膜孔和锥形角γ=30°扇形孔在吹风比M=1.0时不同截面上的涡量等值线以及分布特征随时间的变化过程。结果表明:对称面的正反旋涡和垂直截面的马蹄形涡的两翼交替周期性地脱落成新的涡,同一截面扇形气膜孔旋涡生成和脱落的时间比圆形气膜孔的短,冷气射流与主气流掺混剧烈,带走的能量较多,所以壁面的冷却效率高;反向旋涡对气膜冷却流场有重要影响,在同一截面圆形孔的反向涡旋对(CVP)要比扇形孔的大,且涡心位置要比扇形孔的高,因此圆孔对壁面的冷却效果要比扇形孔的差。     

基于红外热像技术的不同复合角气膜冷却实验研究

以平板气膜冷却为研究对象,基于红外热像技术,实验研究了射流角度α=30°时,不同复合角(β=15°,30°,90°)在吹风比M=1.0时对平板气膜冷却效果的影响。单孔情况下,随着复合角的增大气膜冷却区域发生偏转,且复合角越大,偏转越明显;β=90°时,射流平板冷却效果优于其他复合角,且其横向分布更为均匀;将不同复合角气膜孔单排布置时,平板绝热冷却效率相对于单孔有所提高,孔与孔之间的冷却死区随着复合角度的增大而减小,β=90°时获得的气膜冷却效果更为理想。     

平板气膜冷却孔中心线上绝热效率的实验研究

以优化冷却孔射流角度和射流参数为主要实验目的,将平板气膜冷却作为研究对象,应用红外热像仪作为温度监测手段,研究不同角度的简单和带有复合角的复杂圆形孔射流对平板中心线上气膜冷却绝热效率的影响。在吹风比分别为M=0．5、1．0、1．5时,实验研究了简单圆形孔射流角度α=35、60、90°和带复合角β=15、60、90°圆形孔的不同排列下平板中心线上气膜冷却的绝热效率。结果表明：在简单孔情况下,射流角α=35°时绝热效率较好,带复合角情况下,β=90°时较高。双排布置时绝热效率比单排的要高很多,其中插排最佳。     

圆柱孔平板气膜冷却的数值模拟

为研究单排圆柱孔平板气膜的冷却特性,利用标准kε湍流模型对倾斜角为35°、吹风比M=0.5、1.0和1.5等工况下的圆柱孔平板气膜冷却模型进行了流动和传热的数值模拟.分析了气膜冷却绝热效率η、孔口平均速度U、射流中心面和纵向横截面的速度矢量以及壁面温度等物理量,对比了吹风比对气膜冷却效果的影响,得出最佳冷却效果的工况为M=1.0.比较了计算结果与相同条件下的实验值,验证了数值计算的正确性.结果表明:在大部分的物理区域内,模拟值与实验值吻合度较好,这种方法具有时间短、简单、经济的特点,适合工程领域应用.     

不同孔型平板气膜冷却特性的数值模拟

为研究不同射流孔型对气膜冷却效率的影响,基于SIMPLEC算法,采用RNGκ-ε湍流模型,对射流倾斜角为35°的圆柱孔、扩散孔和横向扩散孔的平板气膜冷却模型进行了数值模拟。得到了不同吹风比M下的3种孔型的绝热气膜冷却效率曲线、速度矢量图和壁面温度分布。结果表明：横向扩散孔的气膜冷却效果优于圆柱孔和扩散孔,其产生的反向涡旋对的尺度最小,孔间的气膜冷却效果也较好。     

基于Co-Kriging代理模型的扇形冷却孔结构优化

为进一步提高航空发动机的冷却效率,对扇形气膜冷却孔进行优化研究,优化参数为直孔段孔长L,前向扩展角α和后向扩展角β,优化目标为气膜孔下游内平均气膜冷却效率。首先对优化变量进行拉丁超立方采样,然后对疏、密两种质量的网格进行有限元分析,得到两种可信度数据,进而构建Co-Kriging代理模型,最后引入遗传算法进行全局寻优,寻找最优的扇形孔结构。在吹风比为1.5的工况下,优化后的直孔段孔长、前向扩展角和后向扩展角分别为2.6D、41°、14°,冷却效率提升了45%。研究结果表明,较小的直孔段和较大的后向扩展角可以有效地抑制肾型涡对的产生,气膜冷却效果更好。     

复合角及排列方式对平板气膜冷却效果影响的实验研究

在回流风洞实验段中,以平板气膜冷却作为研究对象,运用红外热像技术监测沿主流流向不同横向截面的平板壁面温度分布,对比分析横向气膜冷却绝热效率。结果显示:采用30°流向倾角,普遍存在小吹风比工况较大吹风比工况有更优横向气膜冷却绝热效率的现象;复合角的存在可以改变射流流场,提高横向冷却绝热效率;排孔布置有利于提高平板整体冷却绝热效率,并且插排可以有效避免热应力集中。     

平板气膜冷却热固耦合特性的分析

为分析气膜冷却方法的综合冷却效果和可靠性,采用热弹耦合的计算方法对带气膜孔平板的冷却过程进行数值模拟,获得平板内部温度和热应力的分布特征,比较不同吹风比和不同气膜孔型对冷却效果的影响。结果表明:内部冷却和金属导热使固体内部温度分布较为均匀,热应力集中在气膜孔的前缘和尾缘。与传统圆孔相比,扇形孔和双射流孔能够显著提高冷却效率并降低热应力。该结果可为燃气涡轮叶片的冷却设计提供参考。     

涡轮叶顶间隙密封冷却综合特性评估方法

为了评估带气膜冷却涡轮叶顶间隙的密封和冷却综合特性,在强化传热综合因子中引入气膜冷却效率,推导出了密封冷却综合因子表达式。其物理含义为:主流在一定功率作用并喷入一定量冷气时,被评估的传热方式与基准传热方式传热性能比。数值模拟获得了动叶顶部隔板迷宫间隙气膜冷却和密封特性数据,利用该因子对密封冷却综合特性进行了评估。结果表明:在研究的吹风比内,迷宫结构的冷却效果相比于平叶顶间隙有所改进,随着吹风比减小,改进程度先增加后减小;密封效果只有在高吹风比时有所改进。密封冷却综合特性都得到了改进,吹风比越小,密封冷却综合特性越好。     

Banach代数中的行列式理论

探讨了 Banach 代数中的行列式理论.给出了具有单位元的迹 Banach 代数具有行列式的充要条件.     

非织造布滤料性能及过滤过程的研究进展

对近年来非织造布滤料的研究进展做了简要综述,介绍了内部结构的研究及表征、过滤性能及其影响因素、过滤过程的计算机模拟,指出进一步发展所需要解决的问题。     

Towards Excellence in Science Chinese Academy of Sciences

<正>May 26,2014,BeijingScience is a human enterprise in the pursuit of knowledge.The scientific revolution that occurred in the 17th Century initiated the advances of modern science.The scientific knowledge system created by human beings,the tremendous productivity brought about by science,and the spirit,methodologies and norms formulated in scientific practice since the 17~(th)Century have long become essential elements of     

SCIENCE CHINA Technological Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

<正>~~     

单面约束系统的微分变分原理与运动方程

研究单面约束力学系统的微分变分原理和运动方程。方法利用Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ原理建立Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理．Ｊｏｕｒｄａｉｎ原理和Ｇａｕｓｓ原理,结果与结论得到系统的微分变分原理和带乘子的Ｅｕｌｅｒ－Ｌａｇｒａｎｇｅ形式,Ｎｉｅｌｓｅｎ形式和Ａｐｐｅｌｌ形式的运动方程。     

q-树的重构性

q 是一个正整数,所谓 q-树的图是递归定义的:最小的 q-树是完全图 K_q,一个 n+1阶的 q-树是通过在 n 阶 q-树上加上一个新点并连接这点与 n 阶 q-树中任意 q 个互相邻接的点而获得,其中 n≥q.1-树我们通常称为树.在本文中,证明了对任意正整数 q,q-树是可重构的.     

β-环糊精-毛细管区带电泳分离扑尔敏对映体

采用毛细管区带电泳模式,以β-环糊精为手性选择剂分离了药物扑尔敏的光学对映体.考察了在不同背景电解质 pH 值尤其是较低 pH 值下环糊精浓度对对映体表观淌度差的影响,并研究了有机改性剂尿素在分离中的作用.     

层状球形夹杂复合材料的弹性模量

利用层状球形夹杂在无限大基体中的局部化关系及平均应力场理论,给出了一种方法来分析含 n 种层状球形夹杂所构成复合材料的弹性模量.对于文献给出的空心玻璃球和高分子基构成的复合材料,该理论的预测与实验吻合很好.当表层稍失时,该理论退化为传统的 Mori-Tanaka平均应力场理论.     

CVD涂层硬质合金刀具的失效机理

通过系统的实验研究和理论分析,揭示了 CVD(化学气相沉积)涂层硬质合金刀具在磨损和破损状态下的不同的失效机理,并在机理分析的基础上,阐明了涂层硬质合金刀具对于切削条件的特殊适应性.     

特征关系与工艺决策

从并行工程的原理出发,提出了一个基于特征的并行 CAPP 系统.在特征建模的基础上,系统能够推理特征之间的关系,产生零件的特征向量图;利用加工知识库,通过动态规则匹配,系统可以确定特征的加工方法、加工参数及其加工顺序;通过优化确定最佳的工艺计划.