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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

入射角和射流孔位置对气膜冷却的影响

采用标准k-ε两方程湍流模型对前缘上游不同入射角、不同位置孔排的涡轮叶栅通道的温度场进行了数值模拟,结果表明:对于不同入射角,90°入射角时冷却效果最差;对于不同孔排位置,孔排1的冷却效果差于孔排2和孔排3,但是差别不大;对于双排射流孔,在X/D=9之前的区域,2、3排孔的冷却效果最好,1、3排孔的冷却效果最差,在X/D=9之后的区域,1、3排孔的冷却效果最好,2、3排孔的冷却效果最差。     

大功率LED冷却用平板热管散热器的实验研究

对一种新型平板热管散热器冷却大功率LED芯片阵列进行实验研究。在自然对流冷却条件下,分析了平板热管散热器的启动特性、均温特性以及通电电流、倾角对其传热性能的影响。利用热电转换方法得到LED芯片的结温变化。实验结果表明:平板热管散热器的总热阻在0.3053～0.3425℃/W间,且散热器整体温度分布均匀合理,具有很强的散热能力;LED结温在47.9～59.0℃间,远低于110℃。     

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。     

扇叶安装角对冷却风扇性能影响的研究

以某车型冷却风扇为基础,借助逆向建模技术,建立了4种扇叶安装角冷却风扇模型.通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析,分别对比了4种风扇的静压、轴功率、静压有效功与静压效率随进风量变化的特性曲线.结果表明,随着扇叶安装角(水平夹角)的增大,最大风量、轴功率以及静压有效功均表现出增大趋势,但由于流体与扇叶间的撞击损失增大,风扇在非稳定工作区域的静压效率会随安装角的增大而不断减小,在稳定工作区域,静压效率会因静压有效功的提高而得到改善.     

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.     

动量比对气膜冷却效率影响的数值模拟

为了研究动量比、湍流度和密度比对圆柱形气膜孔流动的影响规律,文章采用数值模拟方法,研究了圆柱形气膜孔的冷却效率,并与实验值进行了对比.结果表明,随着动量比的增大,二次流在气膜孔出口处逐渐偏离叶片;气膜孔出口下游存在1个高速区域,动量比增大,这一区域的速度随动量比的增大而减小.在湍流度和密度比保持不变的情况下,随着动量比增加,冷却效率计算值随着距离的增加在总体上呈现逐渐减小的趋势.在低密度比下,湍流度对冷却效率影响不大;当密度比为1.5时,湍流度的不同导致冷却效率产生显著差异,密度比越小,冷却效率越低.在喷口处,数值计算值与实验值存在一定的差异.数值模拟的结果能够定性地反映气膜孔的流动特性.     

多孔平板复合换热的理论与实验研究

在高温流动系统中,垂直放入多孔平板可增强辐射换热效应,提高能量的利用率。本文建立了这一对流辐射复合换热系统的理论模型;对不同情况进行了数值计算,并做了实验研究;分析了入口气流温度、风速、板数和板厚等因素的影响;从而确立了这一类问题的计算模型,精确地预测了实验结果。     

喷嘴排列方式对气举提升性能的影响

实验研究了喷嘴的不同排列方式和进气量对气举提升管出口端的排水量、排沙量、沙颗粒浓度和提升效率的影响。实验结果表明,喷嘴的不同排列方式和进气量对气举提升性能有显著影响。在进气量一定的情况下,选择合理的排列方式可以获得较好的提升效果;而随着进气量的增加,反映气举提升性能的各项参数基本呈现出先增大后减小的趋势,但各量峰值对应的进气量不尽相同。