多层多孔层板内流阻特性试验与计算方法研究

设计了 6种单层和 6种双层结构的多孔层板,并在小型吸气式风洞上对 1 2种放大模型的多孔层板结构进行了内流阻特性试验,研究了多孔层板的层数、扰流柱形状、绕流方式、开孔率等因素对内流阻特性的影响。本文还对多孔层板结构内流阻的计算方法进行了研究,并结合试验工况进行了计算。      

扰流柱形状对层板流阻特性的影响研究

应用FLUENT软件,采用隐式有限体积法求解雷诺时均N-S方程,对几种不同扰流柱形状的层板冷却结构的内部流动进行了数值模拟.湍流模型采用Realizable κ-ε双方程模型,近壁面采用壁面函数法处理,利用SIMPLE算法求解速度与压力的耦合.计算结果表明,层板内部流场结构十分复杂.同时,还对几种不同扰流柱形状的层板进行了流阻试验,采用沿程阻力关系式及流量关系式得出了其流阻特性.试验结果与计算得出的流阻特性符合较好.     

多孔层板冷却有效性的研究

在大尺寸低速回流风洞中对应用于涡轮叶片的2种绕流结构4块单双层多孔层板进行了流阻特性和冷却有效性的实验研究,结果表明多孔层板有很高的冷却有效性,流阻的大小和冷却有效性的高低主要取决于多孔层板的开孔率,开孔率越大,流阻越小,冷却有效性越高。本文所设计的层板结构参数和试验结果对层板在航空发动机涡轮叶片中的应用有参考价值。      

扰流柱排列形式对层板流阻的影响研究

对进气孔、扰流柱和出气孔个数之比为1∶4∶1和1∶6∶1的2种典型层板冷却结构的流体流阻特性进行了数值分析与试验研究。分析结果表明,在雷诺数相同的情况下,161型层板的流阻较141型层板的小;将计算结果与试验结果进行了比较,二者符合良好。     

层板冷却结构流阻特性的实验与数值模拟

在吸气式风洞上对两种不同内部流动结构的单层多孔层板进行了流阻实验，采用沿程阻力关系式得出了其流阻特性。应用软件FLUENT，采用隐式有限体积法求解Navier—Stokes雷诺时均湍流方程，对层板冷却结构的内部流动进行了数值模拟，湍流模型采用Realizable κ-ε双方程模型，近壁处湍流利用壁面函数法处理，采用SIM—PLE算法求解速度与压力的耦合。计算表明，层板内部流场结构十分复杂，射流冲击后在扰流柱前反卷形成驻涡。层板结构内部存在流速很低的区域。计算得出的流阻特性与实验结果进行了比较，两者符合较好。     

层板模型流阻特性的研究

设计了不同内部流动结构的单、双层多孔层板,并针对这些层板敢式风洞上进行了流阻实验,得出了绕流柱形式、开孔率、孔间距、绕流柱高度以及单、双等敏感因素对层板流阻特性的影响：方形扰流柱阻力最小,圆形次之,菱形阻力最大;开孔率越大,孔间距越小,流阻越小;扰流柱越高,流阻越小;双层扰流柱的层板阻力明显高于单层扰流柱。     

扰流柱几何参数对层板流阻和换热特性的影响

研究了扰流柱几何参数中填充比和直径比对于层板结构流阻和换热特性的影响,在进口流量和两侧换热条件相同情况下,对孔径、通道高度和开孔率相同,扰流柱均为圆柱形,出气孔均倾斜60°角,但扰流柱填充比和扰流柱直径比不一样的15种模型进行了流固耦合计算,得到了模型的流阻和换热特性.结果表明对于流阻而言,填充比的增加有利于层板模型流阻的减小和换热效率的提高;同时,在等填充比条件下,主扰流柱直径的增加有利于层板流阻的减小;当主、副扰流柱直径相同时,换热效果达到最佳.      

扰流柱分布对层板流阻和换热性能的影响

研究了层板内部扰流柱排列形式对层板结构流阻和换热性能的影响。在相同的两侧换热条件和进口流量条件下,对孔径、通道高度、开孔率和填充比相同,扰流柱均为圆柱形,出气孔均倾斜30°,扰流柱个数和排列形式不一样的6种模型进行了流固耦合计算,得到了6种模型的流阻和换热特性。结果表明,对于流阻而言,在等填充比条件下,同种排列形式的层板结构,扰流柱越靠近出气孔,层板出气流阻越小;扰流柱的个数越少,腔内流阻越小。对于换热而言,在等填充比条件下,扰流柱个数越多,换热效果越好;扰流柱排列方式的变化,会改变气流流动结构,在一定程度上改变了层板换热性能。     

扰流柱分布对层板流阻和换热性能的影响

研究了层板内部扰流柱排列形式对于层板结构流阻和换热性能的影响,在相同的两侧换热条件和进口流量条件下,对孔径、通道高度、开孔率和填充比相同,扰流柱均为圆柱形,出气孔均倾斜300角,对扰流柱个数和排列形式不一样的六种模型进行了流固耦合计算,得到了六种模型的流阻和换热特性。结果表明对于流阻而言,在等填充比条件下,同一种排列形式的层板结构,扰流柱越靠近出气孔,层板出气流阻越小。扰流柱的个数越少,腔内流阻越小。对于换热而言,在等填充比条件下,扰流柱个数越多,换热效果越好,扰流柱排列方式的变化,会改变气流流动结构,在一定程度上改变层板换热性能。     

层板发汗冷却推力室板片流道的调节功能试验

为了在设计层板发汗冷却推力室时选择合适的一次调节通道，对不同曲率半径，不同几何尺寸的一次调节通道进行了流阻试验，得出了不同几何尺寸的一次调节通道的流动特性，试验结果与经典的层流理论计算结果之间存在较大的差异，试验表明，一次调节通道的临界雷诺数随曲率半径的减小而减小，摩阻系数随曲率半径的减小而增加，并得出了相应条件下的一次调节通道摩阻系数的修正关系式，在层流范围内阻较好地反映一次调节通道的流阻特性。     

层板冷却特性的实验与数值模拟研究

在大尺寸低速回流式风洞内对一种应用于涡轮叶片的典型的层板结构进行了流阻特性和冷却特性的实验研究,获取了该层板综合冷却效果与层板两侧压比的关系,结果表明层板具有很高的冷却效果。运用商用软件Fluent6 0对其进行了流固耦合传热计算,分析了层板内部复杂的流动和换热情况,得到了在不同的进出口条件下该层板的综合冷却效果。计算结果和实验值进行了比较,两者符合较好,表明通过数值计算获取层板冷却效果的方法是可行的。     

扰流柱直径对倾斜出气孔层板内流动和换热影响的数值研究

用数值模拟的方法, 研究了倾斜出气孔层板结构最小单元体内扰流柱直径对于层板内流阻和换热的影响.采用了非结构化网格, 并对气流转角较大区域做了局部加密;选择k-ε湍流模型方程, 配以壁面函数率, 求解稳态无旋转的层板;采用了流体域与固体域耦合求解法计算耦合换热.给出了计算结果并分析了流动和换热情况.研究结果表明适当增加扰流柱直径有利于降低流阻、提高冷却效率.      

填充比对层板结构换热特性影响规律研究

针对3种层板冷却结构,通过改变填充比得到了其冷却效率。数值模拟和计算分析发现,随着填充比的增大,绕流柱面及靶面的对流换热能力变化很大,进气板面及进出气孔壁的对流换热能力变化较小,层板结构的冷却效率单调增大。试验结果表明:在层板设计中,应适当增大填充比来获得较优的换热特性。     

机载火焰抑制器流阻特性研究

通过试验和数值计算方法研究了六边形阻火单元结构火焰抑制器的流阻特性,分析了火焰抑制器结构参数对其流阻特性的影响。研究发现,随着六边形通道边长的减小,火焰抑制器的流阻急剧增大;随着六边形通道壁厚的增加,火焰抑制器的流阻呈增大趋势;阻火单元长度越长,火焰抑制器流阻越大。因此,在火焰抑制器设计过程中,在满足阻火、耐烧及结构强度等设计要求下,应选取较大的六边形通道边长、较小的六边形通道壁厚和阻火单元长度。     

层板结构冷却有效性的研究

基于一维多孔材料内传热理论,建立层板冷却的理论模型,应用由实验获得的各种层板结构的流阻和换热特性,由层板两侧的压差估算通过层板的冷气流量和层板结构的冷却有效性。对影响层板冷却有效性的因素进行分析,为层板的设计起到指导作用。在相同吹风比下,双层层板要比单层层板冷却有效性高,而三层层板与双层层板之间的差别不大。通过与传统气膜冷却方式的比较,可以发现,层板冷却具有以较少的空气达到较高的冷却效果的巨大潜力。      

U型管式回热器设计与流动换热性能试验研究

在参考国内外文献资料基础上,利用FORTRAN语言编写回热器流动换热计算程序,完成回热器流阻和换热特性计算。根据计算结果,设计、加工了U型管式回热器试验件。试验研究了燃气冷气流量比、温比、回热器与燃气流向夹角以及回热器套管等参数对回热器流阻换热特性的影响,并将试验结果与计算结果进行对比分析,验证校核了回热器数值计算方法的有效性。研究表明,温比对回热器的换热效率影响较小,流量比和回热器与燃气流向夹角对流阻和换热效率影响很大。     

基于流阻特性数据处理的燃烧室头部估算修正法

为了获得燃烧室真实工作状态下的流阻特性,在工程实践中,根据现有的燃烧室流阻特性测试手段与试验处理方法,提 出一种新的燃烧室流阻特性试验数据处理方法—头部估算修正法。以高温升燃烧室全环试验件冷态流场的试验结果为基础,完 成头部估算修正法与现有试验处理方法关于扩压器、火焰筒及燃烧室总压损失系数与燃烧室进口马赫数的关系表达式的对比。 将设计点与理论设计值进行比较,结果表明：采用直接处理法评估的燃烧室流阻特性结果过于保守;涡轮引气修正法可用来评价 燃烧室总压损失,但用于评价扩压器与火焰筒总压损失并不理想;头部估算修正法相比于现有试验数据处理方法更适用于评估燃 烧室的流阻特性,为燃烧室的设计与试验数据处理提供了技术支持。     

典型层板冷却结构中流体流阻与换热特性的实验

对进气孔、扰流柱和出气孔个数之比为1:4:1的典型层板冷却结构的流体流阻与换热特性进行了实验研究.结果表明, 对于进、出气板间距不大的层板模型, 出气板内表面的换热系数最大, 扰流柱表面的换热系数次之, 进气板内表面的换热系数最小.对不同层板模型的比较表明, 相同流量下随着进气孔直径的增大, 流阻系数增大, 进气板内表面的换热系数变化不大、出气板内表面的换热减弱;随着出气孔直径的增大, 流阻明显减小, 进气板内表面的换热减弱, 出气板内表面的换热变化不大;随着出气孔倾角的增大, 流阻增大, 进气板内表面的换热增强, 出气板内表面的换热变化不大.      

SMAs复合材料层板大变形分析计算

利用ANSYS软件对形状记忆合金复合材料层板进行了建模计算分析，采用SHELL99板单元和LINK8杆单元耦合的方法，对复合材料层板进行了力学特性分析，并与试验结果进行了对比，两者吻合良好。这为复合材料层板形状控制以及设计和应用记忆合金复合材料智能结构打下了基础。     

层板冷却结构强化换热机理

应用简化的换热模型分析了影响层板冷却效果的因素,得出了燃气侧气膜冷却效率η_f,层板内部换热效率η_i和参数f是影响冷效的决定因素。为了研究层板强化换热机理,提高其内部换热效率η_i以优化层板传热设计,本文在相同的两侧换热条件和冷气密流下,对5种相同孔径、通道高度和开孔率,不同内部绕流形式的层板结构和1种双层壁结构进行了流固耦合传热计算,得到了其综合冷却效率。结果表明层板结构的综合冷却效率明显高于双层壁;冷气沿程吸热焓增带走了大部分从燃气侧进入层板的热,并且冷气与层板内表面的换热主要发生在出气板上,扰流柱的存在增加了换热面积,一定程度上增强了换热;合理设计绕流结构有利于改善层板的热均匀性。