高温涡轮叶片氮膜冷却与惰性防护探讨

本文探讨以氮膜冷却取代气膜冷却。热物性分析表明：氮膜冷却效果高于空气膜的３．４％，氮介质通道内的粘性流动损失比空气质损失小３％，重要的是氮膜对高温涡轮叶片具有惰性防护作用增强其抗氧化抗腐蚀抗烧蚀能力。     

带冲击的两相气膜冷却特性数值模拟

用数值模拟方法研究了带冲击的气膜冷却系统的流场结构，示出了气流和冲击腔内的螺旋流动、气膜孔下游的肺状低压区、横截而对称双漩涡以及由双漩涡形成的交叉双锥形水蒸气体积分数等值面。比较了体积分数为0．5的水蒸气膜与纯空气膜的冷却效率，得到水蒸气膜平均冷却效率高于空气膜。在x=3d处高出31．6％。在x=26d处高山19％。水蒸气膜与空气膜相比换热系数变化不大。     

机载中空纤维膜富氮性能实验

通过建立机载中空纤维膜环境模拟性能实验平台,对与国内某技术中心合作研制的机载中空纤维膜进行了系统的环境模拟性能实验及分析.实验结果显示:①渗余富氮空气氧体积分数随输入空气压力的上升而下降,随输入流量的上升而上升,而与输入空气温度基本无关;②渗余富氮空气氧体积分数随富氮空气流量的上升而上升,且输入空气压力低时明显;③海拔高度对机载中空纤维膜富氮性能基本不影响,仅启动时渗余富氮空气氧体积分数略有下降.通过采用多元回归方法,得到有一定普遍意义的机载膜富氮性能公式.      

对流气膜冷却缝槽流量系数

给出了对流冷却缝槽的流量系数的实验结果及符合实验结果的经验关系式。分析了对流缝槽流量系数的影响因素和压力损失情况。对流气膜冷却是一种比传统的气膜冷却先进的室壁冷却技术，它在气膜前扩充和强化了冷却流的对流冷却作用。用于高温升燃烧室的冷却中，可解决燃烧室空气流量分析的尖锐矛盾，又便于实现双层浮动室壁结构设计，以减小和释放室壁的热应力，增长燃烧室的寿命。     

冷却介质对AZ31镁合金搅拌摩擦加工组织性能影响

分别在空气、循环水和干冰酒精混合溶液中对AZ31镁合金板进行搅拌摩擦加工,研究了冷却介质对AZ31镁合金搅拌摩擦加工组织和性能的影响。结果表明:搅拌摩擦加工过程中峰值温度和150℃以上持续时间按照空气、循环水、干冰酒精混合溶液顺序依次递减。冷却介质对晶粒长大抑制效果明显,空气、循环水、干冰酒精混合溶液中搅拌区晶粒大小分别为3.9,3.0,1.8μm,和峰值温度变化趋势一致。由于晶界滑移的主导作用,干冰酒精混合溶液中搅拌区的硬度和强度低于循环水中,延伸率最高。空气和循环水冷却介质中,拉伸断口均表现为准解理断裂,但循环水中解理断裂所占比例明显高于空气中,在干冰酒精混合溶液中拉伸断口表现为微孔聚合型断裂。     

发散冷却控制烧蚀过程的数值研究

用数值方法模拟了发散冷却控制结构烧蚀的瞬态过程,同时考虑了线烧蚀和体积烧蚀两种现象对多孔介质骨架高温表面的质量损失和冷却效果的影响,并讨论了高温主流携带的热流强度、冷却介质注入的初始速度和温度、及多孔材料骨架初始温度在控制烧蚀过程中的作用.      

涡轮冷却技术对航空发动机性能的影响

为了分析不同涡轮冷却方式以及冷却技术水平对航空发动机性能的影响,建立了航空发动机性能仿真模型,引入了考虑冷气用量以及冷却附带效率损失的涡轮冷却算法。计算结果表明:在相同的热力循环参数下,对流气膜冷却对应的发动机单位推力、热效率以及耗油率均较为良好,综合表现最佳;就对流气膜冷却而言,若冷气用量以及冷却附带效率损失均减少20%,则发动机耗油率降低0.9%,单位推力提高3%。     

液膜再生复合冷却中液膜传热特性

对液体火箭发动机液膜再生复合冷却进行了算法研究.综合考虑了发动机内部化学反应、蒸发、卷吸、对流、导热、辐射等因素,将冷却液膜分为显热区、潜热区及气膜区三个区域进行了计算.推导了液膜长度和厚度的计算方法,分析了液膜再生复合冷却效率及各因素对液膜传热特性的影响.计算结果表明:①液膜入口质量流量越大,液膜区长度越长,冷却效率越高,复合冷却效率可维持在0.57以上.②高温燃烧室内膜的液体段长度很短,在液膜存在区域内冷却效率高达0.9.③液膜消失后,头部冷却液膜的设计仍对室壁起了很好的冷却保护作用,低温边区一直延伸至出口.④液膜吸收的显热和液膜蒸发吸收的热量及高温燃气与膜间的对流在液膜区内起了主要作用,而卷吸造成的质量损失及传热不可忽略.      

收缩型双射流孔气膜冷却特性与损失机理

在兼顾气膜冷却效率的条件下，为了降低气膜冷却带来的气动损失，采用数值模拟的方法研究了双射流孔和收缩型双射流孔的气膜冷却特性。对比分析了不同吹风比（0.5～2.0）工况下气膜冷却效率和损失分布规律。结果表明：当吹风比高于1.0时，收缩型双射流孔促进冷气横向发展，冷却效率提高；当吹风比增加到2.0时，收缩型双射流孔可以防止冷气吹离壁面。与双射流孔相比，收缩型双射流孔入口冷气均匀加速，消除了孔内低速区造成的堵塞，流场趋于均匀，孔内损失明显降低，从而整体上降低了气膜冷却引起的总压损失。     

气膜冷却对激波与边界层相互作用影响的数值模拟

针对跨声速平面叶栅中气膜冷却对流场的影响,采用数值模拟的方法,分析了激波和边界层的相互作用及引入气膜冷却之后三者之间的影响。结果表明,由于激波形成的逆压力梯度导致边界层出现分离现象,在引入冷却射流以后被部分抑制,流场细节显示在原分离处新形成了两个方向相反的分离旋涡。保持冷却条件不变,随着孔间距的减小,边界层分离现象被抑制的效果更加明显,平面叶栅热力损失系数逐渐减小。当孔径和孔间距之比达到0.67时,相对于没有引入气膜冷却的情况,热力损失系数降低了13%。冷气流量对射流和主流相互作用流场影响显著,冷气出口局部超声速区域显著增大流场损失,降低冷却效果。     

截锥不同冷却结构对喷管腔体红外抑制特征影响的数值研究

对发动机喷管高温部件之一的截锥3~5μm波段上红外抑制特征进行了数值研究.在红外辐射信号较强的截锥前端布置气膜缝槽冷却结构和气膜孔冷却结构,将温度较低的外涵气流通过支板引入截锥,有效降低了截锥、支板的壁面温度和红外辐射强度.对两种冷却结构进行比较,结果表明,采用向下气膜缝槽冷却结构能够达到较好的红外抑制效果,但推力损失较大;采用气膜孔冷却结构,喷管红外抑制效果略有减弱,但推力损失较小.     

涡轮动叶部分吸力侧肩壁凹槽状叶顶气热和冷却性能研究

为了获取高性能的燃气涡轮动叶叶顶结构和气膜冷却布局，采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) 方程和标准 湍流模型的方法研究了涡轮动叶部分吸力侧肩壁的凹槽状叶顶气热和冷却性能。数值模拟得到的动叶平叶顶传热系数与实验数据吻合良好，验证了数值方法的准确性。对比0.95吹风比时动叶凹槽状叶顶沿中弧线和近压力侧布置的2种气膜冷却布局的叶顶泄漏流动形态、传热系数和气膜冷却有效度，指出近压力侧的气膜冷却布局B的总压损失大于沿中弧线的气膜冷却布局A；但近压力侧的气膜冷却布局B具有更好的冷却效果。基于近压力侧气膜冷却布局的凹槽状叶顶结构，通过切除尾缘处不同轴向长度的吸力侧肩壁，设计了5种不同的部分吸力侧肩壁的叶顶结构。结果表明：切除10%吸力侧肩壁的Case 7能有效降低总压损失，平均总压损失系数相比完整肩壁的Case 2降低了6.3%；叶顶净热流密度减少和传热系数分布与Case 2基本相同，尾缘处的冷却效率因冷气受到压制附着于叶顶而提高。     

混合酸硬质阳极化

对铝和铝合金进行硬质阳极化,目的系在其表面获取厚而硬的阳极氧化膜层。长期以来,这种工艺多数是借介质冷却硫酸电解液至零下几度和升高电压等苛刻的工艺条件来实现。冷却电解液可使氧化物溶解率降低,从而获取厚膜。这种膜层具有良好的耐磨性、耐蚀性、耐热性和电气性能;当用于液压系统的气缸和活塞等零件时,能很好地吸收和保持润滑。     

气膜冷却涡轮导向叶片流场数值模拟

本文采用三维定常数值方法计算了某气膜冷却涡轮导向叶片流场。叶片的气膜冷却流动运用了源项模拟方法。将每排气膜孔用槽缝代替。计算的导叶能量损失系数和出口气流角与试验数据吻合良好。     

基于正交法和Kriging模型的液体火箭发动机液膜冷却优化

通过FLUENT对火箭发动机推力室中跨临界甲烷液膜冷却稳态流场进行数值传热计算。根据正交法设计试验,得到不同膜孔孔径、轴向夹角、径向夹角和孔型四个影响因素共同作用下的冷却效果,选出最优的膜孔几何参数组合.在采用最优膜孔几何参数组合的条件下,基于最优拉丁超立方抽样建立Kriging模型,利用遗传算法得到多目标条件下最优的跨临界液膜质量流量、冷却环带的分配比和位置。结果表明,正交法和Kriging模型可以解决液体火箭发动机液膜冷却优化高设计成本和数值噪声问题。正交试验设计考虑的因素中,影响冷却效率和不均匀度的最大的因素依次为孔型、孔径、径向夹角和轴向夹角。最优的几何参数组合为孔径0.003mm,轴向夹角45°,径向夹角15°,孔型为扩散型。建立的Kriging模型能准确反映液膜质量流量、液膜分配比和冷却环带位置与目标函数的关系。最终得到的优化方案平均冷却效率提高4.9%,不均匀度减少0.025,比冲损失增加0.37%,总目标函数提高184%。优化后涡对的不对称性使得冷却剂展向分布更加均匀,同时反向涡对衰减更快,增强了液膜的附壁性,从而提高冷却效果。     

暂冲式低温高雷诺数风洞的一个新方案

本文提出了一种暂冲式低温风洞的新方案:利用高压容器的空气膨胀降温,使低温空气流过多孔介质做成的蓄热式换热器,使介质降温。适当地设计蓄热介质的热容量和高压容器的压力与容积等参数,可使介质降温到120°K或更低。然后用一般的中压气源空气经换热器流入风洞,其操作与一般的暂冲式风洞一样,可在一定时间内使气流总温恒定(等于换热器介质温度)。作者计算了这方案的性能,并与Stoller提出的暂冲式低温风洞的方案作了比较,也顺便对比了液氮冷却风洞的消耗。从原理上和初步的性能计算看来,这一方案构造比较简单,运转方便和经济。     

气膜孔喷气对涡轮气动性能影响的实验研究

为了认识气膜孔喷气对涡轮叶栅气动性能和流场结构的影响,应用涡轮平面叶栅风洞,实验测量和分析了在叶片表面不同位置气膜孔喷气情况下涡轮叶栅流场与性能,实验中气膜孔气流采用与涡轮叶栅相同的空气介质。实验结果表明,前缘气膜孔喷气使得涡轮叶栅损失随喷气流量增大而单调增大;但是,叶片压力面和吸力面气膜孔喷气对涡轮叶栅损失影响规律是复杂的,由于叶片表面不同位置流动特点的不同,在叶片表面不同位置的气膜孔喷气对涡轮叶栅流动损失和流动结构等的影响也是不相同的。     

流动参数对发动机冷却用引射器性能的影响

为了探索引射器在航空发动机空气系统中的应用可行性,采用标准k-ω模型并求解雷诺平均Navier-Stokes方程组的数值方法,分析了流动参数对发动机冷却用引射器引射系数、压力损失系数及引射性能综合参数的影响.结果表明:膨胀比由9增大至10.1,引射系数增大了 66％;膨胀比由15.2增大至20.2,引射系数降低了 19...     

船舶燃气轮机进气系统中过滤装置数值模型化处理方法研究

为了研究船舶燃气轮机进气系统中,过滤装置数值模型化处理方法的模拟精度及其适用性。针对一种双通道船舶燃气轮机进气系统,分别采用Fan边界和多孔介质模型方法对过滤装置（百叶窗、滤清器）的复杂结构进行处理,开展进气系统内流场特性的详细数值计算研究。结果表明：进气系统大部分总压损失源于燃烧空气滤清器产生的总压损失和竖井中的流动损失;与Fan边界相比,多孔介质模型方法能够获得更贴合实际的进气系统流场,对系统总压损失的预测更具可靠性;两种方法计算出的进气系统流动损失相差不超过10%;使用Fan边界需保证过滤装置不产生明显的整流作用,且压力损失实验数据完备,而选用多孔介质模型需要已知过滤装置阻力系数、孔隙率等物理参数。     

异步牵引电机冷却设计的分析与验证

以某异步牵引电机为例,介绍了电机冷却系统设计的过程和主要原则。分析了电机内冷却介质的流动特性并提出改善流量分配的措施;通过对比电机定子绕组温升的计算值与试验值,验证了计算方法;详细分析了海拔高度对空气性质和电机绕组温升的影响,并阐述了在冷却设计时考虑运行环境因素的重要性。介绍的设计思路和结论对异步牵引电机的冷却设计具有一定的参考价值。