带钢镀后喷射冷却过程传热特性的数值研究

喷射气体冷却是带钢连续退火和镀后冷却过程中最重要的冷却方法,利用数值模拟方法对带钢镀后喷射冷却过程中带钢传热特性进行研究,计算结果表明在带钢表面热流密度呈条缝状分布,典型工况下带钢表面平均对流换热系数为127.3W/(m2·K),带钢冷却速度为12.4℃/s。该研究为带钢连续退火机组及镀后快冷系统设计提供理论依据。     

GE-9FA燃气轮机透平叶片冷却技术分析

为了使燃气轮机获得更高效率,需不断提高透平进口燃气温度,其进口温度已远高于叶片材料允许温度,必须采用高效的透平叶片冷却技术.研究分析GE-9FA燃气轮机透平叶片冷却结构形式和冷却原理,可为燃气轮机的安全运行和自主研发提供技术支持.     

矩形带肋通道中蒸汽与空气换热特性比较试验研究

模拟实际燃气轮机叶片内冷通道几何及传热结构,研究了蒸汽和空气在两面带有肋片的矩形通道中当雷诺数为10000⁸0000时的换热和摩擦特性。试验通道宽高比(肋片在宽面上)为0.5,肋间距p/e为10,通道阻塞比为0.047,试验通道长度L为1000mm。试验结果显示,蒸汽和空气在带肋通道中的平均换热系数,平均摩擦系数和换热性能随雷诺数的变化趋势几乎相同;在相同试验条件下,蒸汽在带肋通道中的平均换热系数比空气高30.2%,平均摩擦系数比空气高18.4%;蒸汽在带肋通道带肋面和光滑面上的换热性能比空气分别高8.4%和7.3%。     

带顶部出流孔U型通道的流阻与换热研究

内冷通道与叶尖冷却均匀是保障燃气轮机涡轮叶片安全稳定运行的关键技术,带顶端出流孔的U型通道作为这两个冷却技术相结合的产物,极具研究价值.为分析单个顶端出流孔的不同空间位置对U型通道流动换热特性的影响,采用数值仿真的方法展开研究.研究结果显示:当顶端出流孔处于通道回转段出口侧时,流动性能下降了约15％,但换热系数显著提高...     

带侧向出流孔的梯形通道内部换热特性数值研究

采用非结构化网格和标准k-ε湍流模型,求解三雏N-S方程,对带侧向出流孔的梯形通道内表面流动情况进行了数值模拟,具体研究了孔径为0.03,通道进口雷诺数为30000,测流比分别等于1,0.3,0时梯形通道内的流动及换热情况.结果表明:随着侧流比的减小,通道内表面沿流向相同位置换热趋于一致;平均努赛尔数随之单调递增.     

锯齿形翅片扁管内流体流动及传热特性研究

为研究翅片节距与翅片切开长度参数对锯齿形翅片扁管管内流体流动和传热特性的影响,建立了9组不同锯齿形翅片参数的冷却扁管导热与流动换热耦合计算模型。采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对锯齿形翅片的微通道进行仿真模拟,得出了锯齿形翅片扁管管内流体流动和传热特性。通过9种锯齿形翅片扁管管内流体压降和传热系数的对比分析,运用冷却扁管综合性能评价方法 h/ΔP,得出了不同锯齿形翅片参数对扁管综合性能的影响规律。研究结果表明,适当减小翅片节距同时增大翅片切开长度能获得更好的流动与传热综合性能,从而可为锯齿形翅片的结构设计提供重要参考。     

离散叉排肋化内冷通道流动与传热的数值模拟

运用数值模拟方法,计算肋片导流角θ为15°～45°的离散叉排肋化冷却通道在雷诺数介于1×104～20×104之间时的换热和流阻特性。研究结果表明,(1)各算例的强化换热能力随雷诺数的增大而减小,流动阻力随雷诺数的增大而增大,综合换热效率随雷诺数的增大而减小。(2)肋片导流角的改变可以显著改变通道的换热和流阻特性。相同雷诺数下,θ=45°的强化换热比和通道阻力增大比最高,θ=15°的强化换热比和通道阻力增大比最低。在研究范围内θ=15°的综合换热效率最好。     

风冷冷板传热及流动特性研究

建立了实验装置对矩形通道内的传热与流动状态进行实验,其结果与层流解析解和湍流实验经验式接近,从而证实了实验装置的可靠性。通过对典型模型进行的吹风实验获得了典型模型的传热与流动阻力分布;在数值模拟上对于典型模型采用取局部通道的方式,简化了计算模型。计算采用FLU-ENT求解器的层流模型和SIMPLE算法,实验结果与计算结果一致性较好。然后通过正交实验设计计算了不同肋高、肋间距、肋长、肋厚的类似计算模型,总结出了一定Re数范围内的叉排肋化表面内冷板内通道的j、f计算关联式。     

排尘孔涡轮冷却叶片叶顶流动与传热研究

涡轮叶片叶顶排尘孔用于清除冷气中掺杂的尘粒,以保证气膜孔和冲击孔的可靠工作,但排尘孔射流引起叶顶流动和传热问题。采用参数化方法建立有、无排尘孔涡轮冷却叶片几何模型,基于包含叶片主体、主燃气通道和三腔回流式内冷却通道的全局模型,采用流热耦合数值分析,开展排尘孔对涡轮冷却叶片叶顶流动与传热问题的初步研究。研究结果表明,对比有、无排尘孔叶片,排尘孔射流可降低叶顶平均温度约25 K;冷却通道对流换热作用和叶顶排尘孔射流可使叶顶平面降温400～600 K,冷却效果与冷却通道冷气流量和尘孔结构在叶顶位置相关;排尘孔叶顶射流对叶顶间隙高温燃气泄漏具有阻碍作用,可以提高叶片总压恢复系数约0.5%～1.5%,随着冷气流量的增大,这种作用增强;尘孔结构设计应兼顾射流对叶顶流动与传热的共同影响。     

高温燃气轮机的概念设计和冷却叶片开发

透平进口的温度的升高对热效率的改进有重大影响.但是在透平叶片的冷却系统、材料力隔热涂层均保持不变的情况下,燃气轮机工作温度升高会导致冷却介质流量的增加.而冷却介质消耗量的增加会降低机组的热效率.因此,为了实现高温燃气轮机,必须开发更有效的冷却系统.更耐用的基材和更有效的隔热涂层.     

改型前后高压工作叶片冷却特性分析

对航空发动机高压工作叶片进行改型设计,应用Fluent和ANSYS软件对高压工作叶片内边界条件、外边界条件及温度场分布进行计算,对比改型前后高压工作叶片的温度场分布,分析改型前后高压工作叶片的冷却特性.通过分析可以看出,改型后高压工作叶片的前缘、中部冷却效果变好,榫头部位温度梯度减小.     

基于LabVIEW的淬火介质冷却特性测试系统

依据淬火介质冷却性能测定的IFHT标准——热电偶探头法，采用LabVIEW图形化编程环境和PCIM系列多功能数据采集卡，设计了淬火介质冷却特性测定系统。硬件设计上，用两通道数据采集分别采集淬火介质温度和环境温度，实现对K型热电偶动态冷端补偿；软件设计上，采用功能模块化设计，实现数据采集、预处理、标度转换、数据处理、结果实时显示和保存。同时，对热电偶mV级信号分别从硬件电路连接和软件数字滤波上消除干扰。试验结果表明：该系统具有对淬火介质冷却特性快速准确采集和实时显示功能。     

非均匀热流下功率模块微小通道热沉传热特性研究

针对飞行器大功率电动舵机伺服系统功率模块内各器件发热损耗不同引起温度不均的问题,开展非均匀热流下微小通道热沉传热特性分析。依据功率模块三相桥电路的实际构型和工作特点,在数值计算方法和网格无关性验证基础上,利用FLUENT建立多种结构微小通道热沉的数值模型,对冷却通道在高、低热流区的典型周向传热特性及热沉总体性能进行探讨。研究发现,相同通道截面下,各通道圆周方向壁温呈非均匀分布,但不同通道的相同位置处局部传热系数较为一致;对于等流通面积的变截面冷却通道,通道数量及结构对局部传热影响突出。非均匀热流分布和通道流向、通道构型相匹配有助于改善基底均温性,渐缩通道构型和小截面多通道构型强化传热优势明显,具有较低热阻和较好均温性。     

燃气轮机涡轮叶片U型通道的流动特性优化

在燃气涡轮中,叶片内部的高效冷却通道是保障发动机安全稳定运作的关键技术.着重对内冷通道流动特性进行优化研究,使用二维仿真进行优选,并通过大涡模拟验证了通道的性能优化.结果表明,非对称的回转段与隔板凸起结构显著削弱了二次流的强度,并使下游的流动更加均匀,优化结构的阻力系数下降了38.76％.     

合成射流传热特性及其在MEMS散热应用研究

尽管现有常用冷却技术可为微电子机械系统(Micro electro mechanical systems, MEMS)的散热提供解决方案,但实现电子设备的高效散热仍然是一个严峻挑战。与传统冷却技术相比,合成射流(Synthetic jet, SJ)是一种更加有效的散热技术,它为MEMS的散热提供了潜在解决途径。首先概述SJ的形成、发展及演变,在解释流场拓扑结构基础上对SJ传热特性进行研究,发现在驻点位置处SJ可获得最佳传热性能。然后深入分析影响SJ传热的腔体几何参数、激励器参数及流场参数,指出孔板间距是影响SJ冷却的关键因素。最后探讨基于SJ的微通道、翅片等多种新型散热器的散热性能,剖析实现微型化SJ冷却技术在SJ的特性变化规律、效率及噪声等方面存在的难点,为其未来发展提供探究方向。     

平板传热对气膜冷却的影响

对不同平板厚度的圆柱孔平板气膜冷却模型进行了数值研究,其中冷却空气入射角均为35°,湍流模型采用Standardk-ε湍流模型。所研究的模型分为单孔模型和排孔模型,板的厚度分为4mm、2mm及0mm。文章的重点在于分析平板的传热对气膜冷却效果的影响,研究结果显示气膜冷却效率沿主流方向逐渐降低,当吹风比为0.8时冷却效率最高,平板内部导热对气膜冷却效率及平面温度分布有较大影响。     

车用小通道平行流换热器传热流动试验与分析

小通道平行流换热器是燃料电池汽车的主要散热部件。吸收了电堆废热的冷却液(50%乙二醇溶液),流过小通道换热管,由换热器外侧空气冷却。在进液温度、进风温度、冷却液流量以及风速变化的试验工况下,测试了换热器的传热流动性能。引入量纲一参数k,评估了各工况参数对换热量、阻力影响的强弱。接着,分析液侧努谢尔数Nu和摩阻系数f随雷诺数Re的变化趋势,结果显示:在小通道内(当量直径D=2.685 mm),冷却液从层流到湍流的转浪点Re_c=1 750,介于微尺度与常规尺度的临界值之间。在此基础上,通过多元回归法,拟合得到层流和湍流的液侧换热系数,摩阻系数的关联式,以及空气侧阻力f_a公式。Nu和f的计算值与试验值误差分别在[-7.06%,5.93%]和[-3.95%,4.11%]内,f_a的误差在[-2.22%,3.62%]内。基于这些关联式,建立数学模型,可在广泛多变的运行条件下,对换热器的运行性能进行理论预测和评估。     

双螺杆水蒸气压缩机喷水冷却特性研究

水蒸气压缩机在机械蒸汽压缩、海水淡化、高温热泵等工业领域具有良好的节能潜力与应用前景。喷水可以有效解决排气温度过高的问题,提高水蒸气压缩机的性能。为了获得最佳喷水量的变化规律,建立了双螺杆水蒸气压缩机喷水冷却实际工作过程的传热传质模型,考虑喷入水的汽化、泄漏、闪蒸、输送等对实际压缩过程的影响。与试验结果对比,计算结果误差在±5%以内,表明模型能够较好地预测喷水螺杆水蒸气压缩机的工作过程与性能。利用此模型,研究了喷水量、转速和吸气压力对压缩机性能的影响。研究结果表明,喷水可以有效提升压缩机性能,相比不喷水而言,喷水在部分工况下可将压缩机容积效率提高11.9%,绝热效率提高17.2%,且存在最佳喷水量,使得喷水螺杆水蒸气压缩机的性能最佳,最佳喷水量随着转速、吸气压力的增加而增加;最佳喷水比主要受转速的影响,随着转速的增大而增大,其最佳喷水比在8.9%～10.4%之间;随着吸气压力降低,压差增大,喷水螺杆水蒸气压缩机的性能降低较快,表明泄漏对喷水螺杆水蒸气压缩机性能影响较大,尚需进一步研究。     

刷式密封传热特性的数值研究

刷式密封在密封过程中会产生的大量摩擦热,影响到其密封性能,针对这一问题,采用数值分析的方法,研究了进出口静压比与背板结构对刷式密封传热特性的影响规律。首先,采用ANSYS软件建立了刷式密封的三维切片热分析模型,通过与实验数据对比验证了该模型的合理性;然后,研究了进出口静压比对刷式密封泄漏量以及刷式密封最高温度的影响,分析了刷式密封的压力场与流场分布情况;最后,在热分析基础上,对刷式密封温度场的分布情况进行了模拟分析,通过改变背板平衡腔的腔体形状、背板平衡腔体深度和下游保护高度,研究了背板结构对刷式密封温度场的影响规律。研究结果表明:随着进出口静压比的增加,刷式密封泄漏量以及刷式密封最高温度变化趋势逐渐变缓;平衡腔的腔体形状改变对刷式密封最高温度的影响有限;刷式密封最高温度随平衡腔体深度的增大而下降,下降趋势变缓;当下游保护高度低于1.2 mm时,随着下游保护高度的减小,最高温度出现的位置由末排刷丝尖端向前排转移,其数值大小呈指数规律上升。     

S型微通道散热模块传热性能研究

针对变频器发热的问题,提出一种S型微通道散热模块,并对其传热性能进行了理论分析,推导得出热阻与结构参数的数学关系式。利用Fluent软件,对S型微通道散热模块的结构参数进行优化,分析其对散热性能的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,S型微通道散热模块可有效提升变频器的散热性能,较优的结构参数为:流道水力直径为1.4 mm、流道宽高比为3∶1、弯曲曲率半径为30 mm。将S型微通道散热模块与铜圆管铸铝散热模块进行了仿真及实验比较,结果表明前者基体平均温度比后者要低2.3℃,热阻降低了20.38%,说明S型微通道散热模块具有较好的散热性能。