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。     

冷却孔复合角和排列方式综合作用对平板气膜冷却效果的影响

研究复合角和排列方式综合作用对平板气膜冷却效果的影响。采用数值模拟的方法,保持射流圆孔尺寸、间距及倾斜角不变,分别对四种孔阵的平板气膜冷却进行了流动和传热的分析。利用Realizable k-ε湍流模型,标准壁面函数边界处理和SIMPLE算法,分析速度、涡量、冷却效率,对比冷却孔复合角和排列方式综合作用对平板气膜冷却效果的影响。结果显示:复合角和叉排同时存在时可改善平板展向上的冷却效果,而在平板流向上对冷却效果的影响不明显。结合吹风比得出较优的孔排方式。     

涡轮叶片前缘冲击气膜复合冷却的数值研究

采用数值研究的方法,对一典型航空发动机旋转状态下涡轮叶片前缘冲击气膜复合冷却的流动与换热特性进行了研究分析.计算模型将孔出流结构简化为缝出流结构,并由进气块、前缘块和尾缘块组成.通过对不同旋转速度的计算结果分析可以看出:对所研究的冷却结构,其流场与换热分布要受到哥氏力、离心力和浮升力的影响.在所研究的范围内,雷诺数较低时前尾缘冲击面的平均Nu数分布出现波动现象;在雷诺数较高时,前尾缘冲击面的平均Nu数分布随转速的增大单调减小.     

不同孔间距气膜冷却的数值模拟

基于控制容积法和协调一致的求解压力-速度藕合方程的半隐方法(SIMPLEC),采用Realizable κ-ε紊流模型对不同孔间距的气膜冷却流场的传热特性进行了数值模拟.通过比较不同孔间距K的冷却效率,得出:K 较小时有助于提高中心孔的气膜冷却效率;K 越小的射流其射流孔间冷却死区消失的越快,并在中心孔位置附近有较高的冷却效率;气膜的覆盖区域是随着 K 的增加而增大的,K=2.5与 K=2工况的覆盖面积基本相同,K=2则比K=2.5工况拥有更高的气膜冷却效率.     

不同扇形角度气膜冷却的数值模拟

基于控制容积法和协调一致的求解压力-速度耦合方程的半隐方法(SIMPLE),采用RNG k-ε紊流模型对单个扇形喷孔的气膜冷却流场的传热特性进行了数值模拟。通过比较不同扇形角度的最佳吹风比下的冷却效率,得出:对于孔排布局,γ=60°为最佳扇形角度,且吹风比M=0.7对应的气膜冷却效率最高;对于单排布局,吹风比γ=45°为最佳扇形角度,且吹风比M=1.0为最佳吹风比。     

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。     

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。     

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。     

不同入射角度平板气膜冷却的数值模拟

利用RNG k-g湍流模型对斜圆柱孔不同角度入射气膜冷却进行了流动和传热的数值模拟。计算结果表明,在气动方面减小入射角度可以使冷气的射流核心更贴近壁面,但同时明显增大了壁面附近的气流速度;传热的影响也是两方面的,减小入射角度虽然可以显著地提高冷却效率,但同时也明显地增大了换热系数,最终的冷却效果取决于在实际工作状态下的底面热负荷。对于气膜冷却情况,25°入射和45°入射在总体冷却效果上都不如35°入射。     

电站锅炉红外热像技术的应用

应用红外热像非接触特性，监测锅炉初步改造后的炉膛运行状况，评价运行的安全性和稳定性，为进一步的改造提供测试数据。     

裂纹扩展过程红外热像实验及数值模拟研究

采用花岗岩材料通过红外热像和数值实验的方法,对两预制裂纹导致的岩石中新裂纹孕育、繁衍、萌生、扩展和贯通机制,以及由此引起的试样宏观强度变化等进行分析.通过红外热像遥感观测方法以及数值模拟对7块预制双裂纹的试样进行了实验研究.结果表明,裂纹扩展过程中,脆性破裂的声发射前兆不明显,在主破裂发生之前有小规模声发射现象,但释放的能量不多,只有在主破裂发生时产生大量声发射,特别是岩爆类型的破坏.试样破裂过程中有红外异常现象,在破裂处会出现明显的高温区和高温条带,并指出斑状花岗岩在破裂前主要表现为高温前兆.     

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。     

非定常尾迹对复合角度动叶气膜冷却效率的数值研究

采用标准k-ε湍流模型及SIMPLE算法,通过d=2 mm、4 mm和6 mm的圆柱来模拟燃气轮机静叶产生的尾迹,研究了不同时刻三种尾迹宽度对下游复合角度动叶冷却效率的影响。结果表明:不同尾迹宽度对下游动叶压力面和吸力面涡量呈现周期性的影响,而对压力面的影响更显著;一个周期内压力面冷却效率在3/4T时刻最小,而吸力面冷却效率没有明显变化;随着复合角度的增大,压力面冷却效果增强,吸力面冷却效果减弱;尾迹宽度对吸力面冷却效率影响很小,而对压力面影响较大,尾迹宽度为4 mm时的冷却效率要高于2 mm和6 mm的冷却效率。     

不同孔型对气膜冷却效果影响的数值模拟

为了解气膜冷却技术中孔型作用的影响,采用数值模拟方法,在主流速度20 m/s,湍流度6％,主、射流温分别为333 K和293 K的条件下,考察无复合角、流向角为35°时的圆柱孔、收缩-扩散孔和反涡孔进行平板气膜冷却的冷却效果.其中,圆孔孔径12.7mm,长径比3.5,与集气室连接面形式同于其余孔型.模拟过程中,湍流Real-izable k-ε方程,标准壁面函数处理边界,SIMPLEC算法实现压力、速度耦合.结果表明:由于反涡射流抑制了肾型涡的形成并减弱了肾型涡的强度,反涡孔的冷却效果和覆盖区域优于其他两孔型.     

红外热像仪精确测温技术探讨

红外热像测温技术已经比较成熟,现在被广泛的应用到民用以及军事领域,且具有良好的应用效果。此项技术的应用原理,主要利用了所有温度高于绝对零度的物体,均会以电磁波的形式向环境中辐射能量,包括红外光波。而红外光波具有很高的温度效应,这样便可以利用红外热像仪来进行测温。与其他测温技术相比,热像仪测温具有更高的精确性。本文分析了影响红外热像测温技术实施效果的主要因素,并提出了相应的优化措施。     

带单排气膜孔导向叶片前缘气膜冷却实验研究

针对导向叶片前缘结构的特点,建立了前缘气膜冷却实验台,实验模型由半圆柱面和2个平板组成,在距离滞止线2倍气膜孔直径位置布置了1排气膜孔.详细地测量了动量比对前缘径向平均换热系数和冷却效率的影响.二次流与主流密度比为1.5.动量比变化范围为0.5～4.主流在前缘位置的湍流度为0.4%和8%.研究结果表明,随着动量比的增加,换热系数增加,冷却效率减小.低动量比时气膜冷却使热负荷减少,高动量比时气膜冷却使热负荷增加.     

基于红外热像仪的磨削温度监测系统研究

基于现有的磨削温度测量方法的缺陷,设计了基于红外热像仪的磨削温度自动监测系统.该系统采用红外热像仪实时地获取磨削温度数据及图像,并可对磨削温度红外图像上任意指定区域进行数据分析,实现了在磨削温度超过预设值时及时报警的功能,实际应用表明,系统具有数据准确、实时性强、能有效避免磨削烧伤等优点.     

基于SOM神经网络的变电站设备红外热像诊断研究

提出了基于自组织神经网络(SOM)判别变电站设备热故障类型的红外图像诊断方法.采用了最大类间差法(OTSU)对电力设备红外热像进行了分割处理,从中提取出包括设备红外热像的温度特征值、Zernike不变矩等12个参数,以此作为设备状态识别的信息输入量,将设备的状态分类信息作为输出向量.通过训练56组红外热像数据,确定了SOM神经网络识别模型中的参数值.试验结果表明:该方法可用于变电站设备状态诊断,相对于传统的神经网络方法的诊断结果,该方法对设备运行状态评估的准确率高达85.7%,如将诊断模型产生的可疑状态列入故障状态,则故障的诊断率可达到95%以上.     

红外热像增强算法发展研究综述

红外热像技术因具有检测效率高、对被测目标无影响、检测结果形象直观等优点而得到广泛应用.但在红外热像仪硬件、被测对象表面状况及检测环境等因素的影响下,实际成像质量或许达不到理想水平,从而影响后期关键信息的识别和提取.红外热像增强算法可在一定程度上改善成像质量,削弱红外热像不利因素的影响.传统的红外热像增强算法主要分为两大...     

铝坯气膜软接触连铸技术的实验研究

通过实验和理论计算研究了气膜软接触连铸技术，发现气膜的连续性，稳定性对铸坯质量有重要影响，气体的背压随气体流量的增大而增大，随拉坯速度的增大而降低，这为进一步改进连铸工艺和结晶器的设计提供了重要的实验依据。