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。     

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。     

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。     

抽吸式自然对流换热及扰流柱对其影响

用稳态法进行了竖直平行平板间加扰流柱的抽吸式自然对流换热实验研究,全面考虑了包括辐射损失在内的各项修正,得到了精度不低于10％的经验公式。实验发现,对于不加扰流柱的平行平板通道,当温差大于50℃时,换热系数随间距的变化存在极值;小间距加扰流柱时,扰流柱对流动的阻滞起主要作用,换热系数低于无扰流柱时的值。     

抽吸式自动对流换热及扰流柱对其影响

用稳态法进行了竖直平行平板间加扰流柱的抽吸式自然对流换热实验研究，全面考虑了包括辐射损失在内的各项修正，得到了精度不低于１０％的经验公式。实验发现，对于不加扰流柱的平行平板通道，当温差大于５０℃时，换热系数随间距的变化存在极值，小间距加扰流柱时，扰流柱对流动的阻滞起主要作用，换热系数低于无扰流柱时的值。     

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。     

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。     

三维内肋螺旋管内强化换热实验

采用实验方法测试了三维内肋螺旋管内的流动传热性能。实验用的螺旋管曲率δ=0．0663,测试段长1．15m,试验工质为水。对螺旋光管和两种不同结构尺寸的三维内肋管进行了测试,测量的雷诺数范围约为Re=1000～8500。结果表明,三维内肋对螺旋管内的对流换热仍然有较大的强化效果,同时流阻也有一定程度的增加。与未加肋的螺旋光管相比,在测试的流动范围内,两种三维内肋管的平均换热强化比达1．71和2．03．热力性能系数为1．2～1．66。     

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。     

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。     

涡轮叶片尾缘典型结构的流动与换热特性研究

针对涡轮叶片尾缘"冲击+扰流柱"复合典型冷却结构,通过分析内部流场和换热特性,揭示"冲击+扰流柱"冷却结构中流动发展的过程以及冲击对压力分布和流场分布的影响,揭示涡轮叶片尾缘区内射流冲击扰流柱排通道内换热机理,详细分析了冲击下各个表面的换热情况。结果表明,压比的增大能够有效改善冷却通道端壁的换热性能,但同时增大了压力损失;在两种冲击距离下,n=3d换热效果优于n=6d,但是n=6d的下游换热覆盖效果优于n=3d。顺排时,冲击孔的平均换热系数大约是扰流柱的1.5倍;叉排时,冲击孔的平均换热系数大约是扰流柱的3倍,而其它部位的平均换热系数受排列方式的影响很小。因此,"冲击+扰流柱"冷却结构的匹配,对于优化涡轮叶片尾缘区域的换热及其重要。     

燃气透平叶片3种出气边冷却结构中流动与传热性能的比较

本研究通过流热耦合计算和实验验证,比较了圆柱排孔与两种劈缝的出气边冷却结构,在不同雷诺数和冷气质量流率下的流动与传热性能。结果表明:圆柱排孔流阻偏高,受供气压力限制,冷气流量不足,冷却效果下降,造成出气边烧蚀。叶片出气边压力面开设劈缝结构降低流阻,提高了冷气流量。劈缝内采用弦向肋和扰流柱结构强化换热,提高冷却效果。在相同冷气流量下,劈缝结构所需的流动压差明显下降,叶栅叶片的尾迹宽度也减小,对降低下游叶栅的流动损失和表面传热是有利的。     

矩形肋片导流角度对内冷通道流动与换热特性的影响

利用数值模拟方法分析了矩形仿螺旋肋片内冷通道中肋片导流角度对内冷通道三维流场特性、换热特性以及流动阻力特性的影响。数值计算结果表明,肋片导流角度对内冷通道的流动与换热特性具有较大的影响。流场中冷却介质螺旋流动的强度随着肋片导流角增大而增强,肋片导流角度越大则内冷通道的换热强度越强,同时通道中流动阻力也明显增大。从内冷通道的综合换热效果来看,当肋片导流角度为7。时,矩形仿螺旋肋片内冷通道的综合换热效果最好。     

NUMERICAL SIMULATION FOR THERMAL CHARACTERISTICS OF THREE DIFFERENT STRUCTURE HEAT EXCHANGE TUBES

用Fluent数值模拟的方法对光管、横向和纵向掠过的圆形肋片管、纵向流开槽伞形翅片管的换热和阻力特性进行比较,同时研究5种不同α角的开槽伞形翅片管的流动、换热、阻力特性.结果表明:当管型排布方式及雷诺数相同时,纵向流开槽伞形翅片管的传热系数为普通光管的1.4～1.8倍,横向和纵向掠过的圆形肋片管为光管的1.1 ～1.5倍,不同α角的纵向流开槽伞形翅片管中,α=105°时的换热系数最高;开槽伞形翅片管的阻力是横向掠过的圆形肋片管阻力的0.25 ～0.75倍,但高于纵向掠过的圆形肋片管阻力,不同α角的纵向流开槽伞形翅片管中,α=105°时的阻力最小.     

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...     

叶片直冷却通道宽高比对流动换热的数值研究

本文运用有限体积法,采用结构化六面体网格和k-ε湍流模型来求解三维N-S方程,对不同宽高比的内置V型扰流肋片的直冷却通道在入口雷诺数为20 000时的流动与换热特性进行数值模拟。分析了不同通道宽高比对肋间壁面的流动换热情况,并对W/H进行全局寻优。结果表明,带肋直通道的整体换热效果和综合冷却效率分别与W/H呈近似的函数关系,W/H为4.5时的通道整体换热效果最好,W/H为0.35时的通道综合冷却效率最佳。     

静叶前缘冲击-凸起扰流结构复合冷却的数值研究

为了改善燃气透平叶片冲击-凸起扰流结构流动与换热特性,构建了3种复合冷却叶片：无凸起结构V1,分别在前缘与冲击孔错列布置两种泪滴型扰流柱V2和V3,采用SST k-omega湍流模型,在8种不同质量流量比(MFR)工况下分析3种叶片的流动与换热特性。结果表明：针对C3X叶型布置的泪滴型扰流柱能有效改善叶片的换热特性;低MFR工况下,V3结构性能更优,冷却效率可提高9.29%;增加MFR可以同时改善流动与换热特性,当MFR从0.25%增加到1.00%时,3种叶片的压力损失系数先增大后减小;随着MFR从0.25%增加到2.00%,V2和V3结构冷却效率的提高率逐渐降低;在MFR≥1.00%时,V3结构的流动与换热特性均优于V2。     

燃气轮机叶片内部扰流肋冷却方式研究进展

随着燃气透平转子进口温度的不断提高,燃气轮机叶片冷却日益重要。带有扰流肋的内部通道冷却是叶片冷却的一个重要部分。综述了内部扰流肋冷却的研究历程与研究现状,详细论述了静止状态下带肋内部通道的换热研究、旋转对带肋通道内换热的影响研究以及扰流肋与其他方式相结合的复合冷却研究。结论指出,在国内外静止状态下带肋通道内的换热研究已经很成熟,旋转对通道内流动与换热的影响是最近几年来的研究热点,而关于旋转状态下复合冷却方式的研究相对较少。优化旋转状态下内部肋结构和将内部扰流肋与其他冷却方式相结合的研究是今后的发展方向。     

内冷通道特性对外表面气膜冷却换热影响研究

采用混合网格和realizable к-ε紊流模型,求解三维N-S方程,对气膜孔入口无横流、仅有横流和横流通道中有扰流肋的情况下,外表面气膜冷却换热特性进行了数值研究.具体分析了横流及肋的存在对气膜冷却外表面换热系数的影响.结果表明,横流及肋的存在使通道流场变得非常复杂,横流提高了外表面的换热系数,且使流动及换热呈现不对称特性分布;而扰流肋的存在减弱了横流对外表面的影响,换热系数相对于仅有横流时降低,且使外表面流动及换热的对称性有所改善.     

土壤间接热脱附强化换热性能研究

针对土壤间接热脱附换热效率低的问题进行了强化中心管换热的研究,采用数值模拟的方法建立了不同肋片及不同排布方式的土壤热脱附中心管模型,通过改变进口烟气的流速,探究最佳肋片结构.模拟结果表明:在热脱附中心管中添加肋片能显著的提升其换热效率,其中螺旋凸管的传热效果最好,且螺距越小其换热效果越好,在相同进口流速下其换热系数提升...