基于CFX的梯形带肋通道流动与换热的数值模拟

采用CFX等计算流体动力学软件,通过气热耦合数值模拟方法,对比分析了梯形冷却通道和矩形冷却通道内空气的流动和换热特性。     

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%。     

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。     

燃机透平叶片带肋直通道结构优化策略

在不降低换热能力的基础上,提出了新的带肋通道优化策略,以降低流动阻力,改善壁面温度的不均匀性。采用Kriging代理模型和遗传算法对宽高比为1、带有45°肋片直通道进行了优化计算,获得了良好的优化效果。得到以下结论:在带肋直通道切除部分肋片效率为负的肋片,可以降低通道的流动阻力且提升换热强度,优化后的通道换热性能因子可提高2.8%;通过寻优计算,获得了宽高比为1肋片倾斜角度45°直通道最优参量范围。     

横流通道中肋角度对外表面气膜冷却影响研究

采用非结构化网格和Realizablek-ε紊流模型,求解三维N-S方程,对带肋横流通道中肋的角度不同情况下,外表面气膜冷却换热特性进行了数值模拟。具体分析了肋与横流流动方向成60°、90°、120°时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,肋角度的变化对气膜孔内及出口气体流动有较大影响;肋角度的变化还改变了外表面换热系数的分布,肋角度为120°时外表面换热系数最大,60°次之,90°最小。     

燃机叶片U带肋冷却通道的结构优化

内部对流冷却是燃气轮机叶片冷却的重要组成部分之一。基于代理模型和遗传算法,以带肋U形通道肋片角度,肋片方向和肋片距离作为变量对带肋通道中的肋片角度,朝向和相对位置进行优化,以改善整个通道的换热和流动性能。相比于对照通道,第2直通道换热功率最高提高了18.5%,摩擦因子最大降低幅度为28.6%。     

V型肋高对涡轮叶片半劈缝冷却换热特性影响

为了明确V型肋高对涡轮叶片半劈缝冷却换热特性的影响,寻求较优的V型肋高度,调节肋高度值使其在d/H=1/6～1/2范围内变化,通过数值计算分析了带肋壁面冷却效率、努塞尔数等参数随肋高的变化规律。研究发现：随肋高增加,冷却效率呈下降趋势;换热增强因子及强化换热综合指标均随肋高的增大而增大,肋高d/H=1/3的半劈缝通道表现出了较为稳定且良好的强化换热综合性能。     

涡轮工作叶片内冷通道换热特性数值模拟

采用非结构化网格和SST紊流模型,求解三维N-S方程,对带90°肋和气膜孔的矩形通道在入口雷诺数60000,罗斯贝数0.11,气膜孔总出流比为0.22时的三维流场进行了数值模拟。分析了通道旋转和静止时各个面的换热变化规律。结果表明,通道静止时,不但布置了粗糙肋的上、下壁面换热得到了增强,光滑的侧壁换热同样获得了增强;通道旋转时流场更加复杂,旋转所产生的二次流动使各个壁面的换热进一步增强。     

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.     

某液冷冷板换热特性实验研究

针对电子设备冷却用液冷冷板设计,选用了3种新型的锯齿型翅片作为冷板内芯。为了验证新型冷板的换热特性,应用稳态电加热法,分别对内芯为矩形、梯形和侧向梯形锯齿型翅片的3种冷板以蒸馏水为介质的换热特性进行了实验研究,分别获得了在一定雷诺数范围内的换热无量纲准则式,并对液冷冷板的换热特性进行了比较。结果表明,在小流量区域,3种冷板换热系数差别不大;随着流量增大,侧向梯形锯齿型翅片对冷板通道内的扰动更强,换热性能更好。本实验为液冷冷板设计提供了参考。     

螺旋曲面三维肋强化传热的数值模拟研究

利用计算流体力学软件Fluent6.3研究普通直型三维肋和螺旋曲面三维肋分别用于矩形流体通道的流动换热特性,分析两者在雷诺数Re为2000～10000、迎流攻角β均为45°时的传热与阻力特性。研究结果表明:矩形流体通道内加螺旋曲面三维肋时平均努赛尔数Nu和平均阻力系数f皆大于普通直型三维肋,并随着Re的增大而增大。同时,利用综合评价准则数G对其传热进行综合判定,G值大于1。螺旋曲面三维肋的综合性能优于普通直型三维肋。     

三角形与梯形凹槽微通道流动换热特性试验研究

为研究壁面凹槽对微通道热沉流动和传热性能的影响，设计了两种侧壁具有不同凹槽结构的微通道热沉模型，以去离子水作为流体介质展开试验，并通过综合进出口压降、摩擦因子、加热面温度、努塞尔数和综合传热因子评价侧壁凹槽结构对流动换热特性的影响。结果表明，当凹槽开口长度同为1 mm、开口倾角同为25°时，三角形凹槽微通道的压降相对于梯形凹槽最高提高了9.36%；当加热功率同为240 W、入口温度同为20℃时，三角形凹槽微通道散热能力始终大于梯形凹槽微通道；当通道内雷诺数处于试验设定的500～3 500区间时，三角形凹槽微通道的流动与传热综合性能始终优于梯形凹槽微通道；设计微通道热沉侧壁凹槽结构应优先考虑三角形凹槽结构。     

重燃透平叶片真实内部冷却通道的传热特性研究

本文针对重燃叶片真实冷却通道开展传热特性研究。实验模型由前缘、中弦、尾缘三部分通道组成。前缘通道为类三角形截面带肋直通道;中弦通道为带肋蛇形通道;尾缘通道为带肋蛇形通道和相连的柱肋区域。实验在进口雷诺数为30000,40000,50000下进行,利用瞬态液晶测量技术获得通道表面的详细传热分布。结果表明：通道压力面与吸力面的结构差异使三通道的压力面的传热效果均强于吸力面;前缘通道气膜孔出流,导致通道末段传热降低明显;上游冷却单元的流动与下游冷却单元的传热关联性较高,尾缘通道第三通道横向二次流剧烈的区域,其相邻柱肋区域的传热也较高。     

带有方形肋及双倾斜肋片的细通道内流动、传热和熵产分析

为了探究带有方形肋及双倾斜肋片细通道的流动换热及熵产特性,设计了2种带有方形肋及双倾斜肋片的组合细通道(MCDS-L, MCDS-R),然后采用数值模拟的方法分析其流动特性、传热特性和熵产特性,并将其分析结果同2种方形肋细通道(MCS-L, MCS-R)和一种双倾斜肋片细通道(MCD)进行对比。结果表明,在所研究的雷诺数范围内,组合通道的摩擦阻力系数基本一致且均高于其他3组通道(MCS-L, MCS-R, MCD) 。此外,组合通道的努塞尔数均高于其他3组通道,而熵产增大数均低于其他3组通道。其中,MCDS-L通道的努塞尔数最大,熵产增大数最低。表明MCDS-L通道的换热效果最佳,能量的综合利用程度最高。研究成果为微细通道热沉的设计提供参考。     

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,综合热性能系数提升了6％.     

带射流收缩通道内部换热特性数值模拟

采用数值模拟的方法对简化后的燃气涡轮发动机进气道支板内部换热特性进行三维数值模拟,具体通过对带射流收缩型通道内部的流场结构和换热分布进行研究来揭示其内部换热机理,并与采用热色液晶全面表面瞬态测量技术测得的换热实验结果进行对比,从而验证计算方法的可行性.研究结果表明:射流在通道内呈现对涡结构流动,矩形出气缝的位置对通道内部流动和换热特性影响较大,换热计算结果与实验测量结果基本吻合,所用的数值模拟方法较为真实的预测了带射流收缩型通道内部的换热特性.     

《西安交通大学学报》2002年第9期目录选登

带交叉肋方形截面通道内强制对流换热的实验研究邓斌 ,T.T.Wong,陶文铨 (881)……………………………………………支管带套管的横向射流流动特性的实验研究吴海玲 ,陈听宽 ,罗毓珊 ,等 (886 )…………………………………………………二甲醚的油束模型和试验研究王锡斌 ,蒋德明 ,王贺武 (890 )………………………………………………………………………离子电流法检测发动机失火和爆震的研究汪映 ,周龙保 ,吴筱敏 (895 )……………………………………………………………低速下空气横掠翅片管换热规率的数值研究宋富强 ,屈治国 ,何雅玲 ,等 (…     

雷诺数对带V肋的涡轮叶片半劈缝冷却的影响

为了明确雷诺数对带V型肋的涡轮叶片半劈缝结构冷却的影响,通过数值计算分析了带肋壁面冷却效率、努塞尔数等参数随雷诺数的变化规律。研究发现：雷诺数的变化对带肋半劈缝壁面的冷却效率几乎无影响,摩擦因子随着雷诺数增大而增大,换热增强因子对雷诺数的变化不敏感,最终导致强化换热综合指标随着雷诺数增大而线性降低。     

小尺度圆形通道内流动换热特性试验研究

对圆形细通道流动与换热特性进行了试验测量,着重考察了通道几何参数(直径、长度)对其流阻系数和换热系数的影响规律,试验中雷诺数Re范围为500～5000.研究结果表明:通道直径越小,通道内流体的流阻系数越大,换热系数越大;通道长度越长,通道内流体的流阻系数越小.这将为圆形细通道的应用提供参考.     

非圆截面小通道内R113的流动沸腾换热特性

针对非圆截面小通道流动沸腾换热研究报道较少的现状,以R113为工质,对4种不同水力直径的正方形、三角形截面小通道内的流动沸腾换热特性进行试验研究,试验参数范围：入口干度,过冷～1.0;质量流速400～ 3 300 kg/(m2?s);热流密度20～150 kW/m2,并将试验结果与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验结果进行了对比分析。试验结果表明：非圆小通道内饱和流动沸腾局部壁面温度与质量流速密切相关,并受热负荷与流动沸腾换热状况的影响;质量流速和壁面热负荷是非圆小通道内流动沸腾换热特性的主要影响因素;与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验数据对比显示,非圆截面小通道具有明显的强化传热作用。