多变气热参数下大尺度槽深叶顶的流动换热特性

为了研究具有渐缩型面凹槽在不同深度下叶顶间隙的流动换热特性,针对某一级高压涡轮,在发动机五种典型工况下通过改变其凹槽深度,采用k-ω湍流模型以及自适应湍流模拟方法(SATES)分别进行定常和非定常的数值仿真分析。研究结果表明,凹槽深度是影响间隙泄漏流动和叶顶换热特性的重要因素,同时该影响趋势也受涡轮工作状态的限制。相比于深凹槽,浅凹槽方案的间隙泄漏量明显降低,对应的涡轮动叶出口总压损失系数也有所降低,这在涡轮小流量状态时尤为明显。然而,深凹槽设计在降低叶顶热负荷方面表现更好,其中槽深0.8H方案比槽深0.1H方案的叶顶平均努塞尔数降低38.3%～95.3%。定常和非定常两种计算方法主要影响了间隙内局部泄漏量和叶顶前部热负荷的预测值,并未改变流动换热特性的分布趋势。     

汽轮机湿蒸汽级叶顶间隙泄漏流动的数值研究

以某大型汽轮机低压缸末级为研究对象,对不同进口流量下的动叶叶顶间隙泄漏流动进行了数值模拟,分析了其流场特性以及流量大小对泄漏损失的影响.结果表明:动叶压力面与吸力面都存在着明显的分离流动.在压力面处,随着进口流量的减小,分离流体产生的位置从60％叶高处变化至45％叶高处;在吸力面处,叶片根部形成了与分离流体旋向相反的通...     

汽轮机叶片正弯对叶顶间隙泄漏流动影响的数值模拟

以某汽轮机高压级动叶为研究对象,采用κ-ε湍流模型,应用SIMPLEC算法对在相同叶顶间隙高度下的常规扭叶片和正弯扭叶片的叶顶间隙流动进行了数值模拟。研究结果表明:与常规扭叶片相比,叶片正弯提高了汽流在叶顶区的最低压力值,减小了叶顶压力边与吸力边的横向压力梯度;汽流在正弯扭叶片吸力面附近形成的泄漏涡的影响范围和对通道主流的扰动弱于在常规扭叶片内形成的影响;正弯扭叶片使汽流在吸力面和压力面上形成了叶顶部正径向压力梯度、叶根部负径向压力梯度的"C"型压力分布,同时降低了叶片上端部附近的总压损失。叶片正弯既降低了叶顶泄漏损失,又降低了叶栅通道内的掺混损失。     

错列翅片紧凑式换热器湍流流动及换热性能的数值研究

采用高雷诺数κ-ε湍流模型，对中高雷诺数下紧凑式错列翅片换热器的表面换热及流动特性进行数值模拟。结果表明，该种型式的换热器具有良好的流动和换热性能，拓宽了其空调领域的应用。     

叶顶开槽——小翼结构对提升轴流风机性能影响的数值研究

为了有效抑制叶顶泄漏流的发展,降低叶顶泄漏损失,针对两级动叶可调轴流风机提出在吸力面构造叶顶小翼并开设斜槽的新型叶顶改型方案。采用Fluent数值模拟了5种叶顶改型方案对风机性能和流场特征的影响,分析了不同方案下流场、叶顶静压、叶顶泄漏量和动叶区做功能力的变化。结果表明：吸力面小翼可有效降低叶顶损失,小翼上开设顺流向斜槽可进一步提高风机性能,逆流向斜槽会使性能略有降低;顺流向单斜槽为最佳改型方案,在设计流量下全压和效率分别提升166 Pa和0.942%;叶顶间隙处产生额外的涡流,叶顶泄漏流得到抑制,动叶区做功能力得以提升。     

斜切式叶顶形状下非均等流量射流对叶顶间隙泄漏流动的影响

采用非均等流量射流的控制方式,即叶顶射流孔流量沿轴向弦长方向呈二次曲线分布,通过数值模拟方法探究LISA涡轮在斜切式叶顶形状下非均等射流对叶顶间隙泄漏流动的影响。结果表明：与前缘至尾缘间隙由小到大相比,前缘至尾缘间隙由大到小的叶顶形状下,非均等射流更有利于控制间隙流动,其相较于无射流下的涡轮等熵总总效率最大增幅可达2.20%,动叶出口质量平均总压损失系数最大降幅可达37.56%,间隙相对泄漏流量最大降幅可达48.57%;当射流比(总射流量占主流流量的比例)小于1.0%时,采用叶顶前缘单孔射流量大的分布方式,当射流比大于1.0%时,增加叶顶中部的单孔射流流量,这种非均等射流分布规律比均等射流控制效果更佳。     

蓄热式连续加热炉内流动与换热特性的数值模拟

以某公司大方坯蓄热式连续加热炉为研究对象,对该炉建立了三维物理数学模型,分别采用可实现双方程湍流模型,PDF非预混燃烧模型、离散坐标法辐射模型(DO模型),应用Fluent数值仿真软件进行了模拟研究,得到了蓄热式连续加热炉内的流场和温度场的分布规律,并对炉内对流换热系数的分布进行了详细的分析研究.结果表明:钢坯表面局部对流换热系数在各加热段内分布不均匀,这主要是由于烧嘴进口射流所引起的局部流速的差异性,从整体上来看,预热段和加热1段的对流换热系数要高于其它各段.     

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。     

叶顶形状对轴流风机气动噪声影响的数值研究

以某两级动叶可调轴流风机为例,采用Fluent软件对5种改进的叶顶形状下的风机性能进行了模拟,并引入大涡模拟和FW-H声学模型获得了不同叶顶形状下风机的噪声源分布和气动噪声特征.结果表明:5种叶顶形状均可有效提高风机性能,提升效果依次为逆流向斜槽、双斜槽、上阶梯叶顶和下阶梯叶顶,而顺流向斜槽仅在小体积流量下使得风机性能明显提升;叶顶形状改进后,叶顶泄漏涡的影响增强,造成叶顶区和叶片前缘噪声显著增大,为风机内主要噪声源;风机各区域的声压幅值均受显著影响,且越靠近噪声源,受影响越突出;该风机内噪声主要以中低频的旋转噪声为主,各区域噪声均在基频位置达到最大值,叶顶形状改进后声压级随频率增大发生小幅提高,频谱形态发生明显改变.     

光管内流动冷凝换热系数预测关联式研究

选用R22、R32、R134a 3种制冷剂,对其在内径为5 mm光管内的流动冷凝换热特性进行实验。实验工况为:制冷剂质量流速500～1 100 kg/(m~2·s),冷凝温度35、40和45℃,冷冻水Re 10 000～40 000,制冷剂在测试管进出口保持2～3℃的过热、过冷度。选取Cavallini、Shah和Dobson and Chato 3个关联式的预测值与3种制冷剂在光管内换热系数实验值进行比较。结果表明:Shah关联式对换热系数的预测精度最高,其预测误差在10%以内。基于Shah关联式对管内换热机制的假设,参考Dobson and Chato关联式拟合机制,提出新关联式,±7%的预测误差,足可证实新关联式较好的预测能力。     

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。     

燃气透平第一级叶片燃气侧的流动与换热特性研究

对某重型燃气轮机透平第一级叶栅通道内无气膜冷却下的三维黏性流动与传热特性进行了数值模拟,对比了不同来流湍流度对叶片燃气侧流动与换热特性的影响,分析了静叶非定常尾迹对动叶换热特性的影响.结果表明:来流湍流度对静叶表面的换热特性有明显的影响,但对动叶表面换热特性的影响很小;静叶尾迹对动叶表面的换热特性影响较大.     

太阳能平板空气集热器内部流动与传热分析

基于雷诺时均的三维定常粘性N-S方程及能量方程,对内设挡流板的太阳能平板空气集热器内部流动和传热特性进行数值分析和实验验证,模拟结果与实验测量结果显示出良好的一致性。研究表明:挡流板的存在致使内部流动非常复杂,挡流板背侧发生显著的流动分离与再附着现象,同时对温度场产生重要影响,因此消除各种涡流是提高集热效率的有效途径之一;气流在挡流板末端发生180°偏转形成的二次流增加了流动损失,但同时实现了冷热流体的掺混,强化了换热;集热板的多种换热方式中对流换热占主导,辐射换热占总换热量的1/7,为提高集热效率,应设法进一步降低集热板平均温度。     

套管换热器对流换热的数值模拟研究

本文建立了一种复杂的数学模型用于预测套管式换热器内流体的流动及传热特性。数学模型包括计算流体力学模型和计算传热学模型。其中,计算传热学模型中的湍流扩散系数是利用温度方差t2和温度方差耗散率εt来求解,而不是利用通常采用的Pr数假设值或实验测定值来求解。为验证新建立模型预测结果的准确性,本文将数值模拟结果与文献中的实验结果进行了比较,结果吻合较好。     

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...     

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。     

圆管螺旋流的流动与传热数值模拟

针对工程中常见的圆管流,采用切向引入装置使流体产生旋转流动,通过建立圆管螺旋流的三维模型,采用RNG-模型对管内流场进行了数值模拟,获得螺旋流的速度场以及强化传热特性。研究入口不同速度对强化传热性能的影响,为旋流强化传热装置的应用提供了必要的依据。     

N7600凝汽器壳侧汽相流动与传热性能数值计算

采用自行编制的程序对N7600凝汽器壳侧蒸汽的流动与传热特性进行了数值计算,得到了壳侧蒸汽的速度与流线、压力、传热系数以及空气浓度等分布图。结果表明：N7600凝汽车器壳侧整体上呈现“汽流向两侧”的流动特点,与设计的初衰基本相符合,在凝汽器的底部流场中存在小的涡流区．说明管束布置还有不合理的地方;凝汽器汽阻为109．5Pa：平均传热系数为3237,15W／m2·K;随着蒸汽的不断凝结,从冷却管束外围到内部的空气浓度逐渐增大。     

缸内对流换热与气体流动的计算分析

摘要本文将内燃机燃烧室简化成轴对称的二维空间,将计算缸内流动的二维模型与边界层模型相结合,分析了缸内气体的迁移特性与对流换热.文中介绍了在内燃机工作过程中缸内气体边界层的分布与变化、边界层对对流换热的影响,给出了对流挟热系数沿燃烧室表面的分布与变化.与实测结果的比较表明,本文的模型具有较高的精度.     

波纹板式空气预热器内流动换热过程的数值模拟

对波纹板式空气预热器内换热与流动过程进行数值模拟,分析了波纹板片的结构特征、波纹倾角β、波纹高度H、波纹节距以及板间距对空气预热器性能的影响.结果表明:当波纹倾角和波纹高度增大时,换热性能提高但是压降增大,在β=45°、H=10mm时换热性能最优;波纹间距的改变对换热性能影响较小,但板间距的影响较为明显,综合考虑换热器的紧凑性,选用较小板间距能达到较好的换热效果.