平行进气孔气膜冷却对流换热系数的实验研究(英文)

设计了单排,双排和三排分布形式和不同孔径的离散气膜孔结构,采用实验的方法分别对其对流换热特性进行了研究。研究结果表明,对流换热系数随着吹风比的增大而增大。在小吹风比时,沿冷却壁面的对流换热系数变化分为3个区段,在较大的吹风比或者孔径较大时,离散孔气膜冷却对流换热系数的分布规律与气流横掠平壁的对流换热规律基本相似。此外,在气膜孔当量直径一定的情况下,气膜孔的排列形式和吹风比均对对流换热系数有显著的影响。     

出口马赫数0.81~1.01下涡轮导向叶片全气膜冷却特性研究

通过瞬态热电偶测量方法研究了涡轮导叶叶片全气膜换热系数和气膜冷却效率。试验叶片共有13排气膜孔,气膜孔排由前后2个腔供气,前腔二次流与主流流量比为5.06%,后腔为1.14%。为匹配真实发动机工作条件,叶栅进口雷诺数试验范围为1.7×105~5.7×105,出口马赫数范围为0.81~1.01。试验获取了叶片表面压力系数和换热系数分布规律,并研究了叶栅进口雷诺数和出口马赫数对叶片全气膜冷效分布的影响。结果表明:气膜孔下游的换热系数和气膜冷效较高;主流雷诺数的增加对冷却效率的提升有积极作用,特别是在叶片吸力面,而马赫数对叶片表面气膜冷效影响甚微。     

高阻塞比肋化通道对流换热特性实验研究

为了降低涡轮叶片温度以保证其安全性,采用实验方法对高阻塞比肋化通道内流动换热特性进行了测量。针对顺排和叉排两种肋化通道考察了多个主要影响因素对换热特性的影响规律,研究表明:(1)对于高阻塞比肋化通道,当流体在层流区域流动时,肋片对流体在通道内部对流换热的强化作用要明显高于湍流状态;(2)无论是顺排还是叉排肋化通道,当肋间距比为10时,其对应着最大的对流换热系数和最大的流阻损失;(3)在实验几何参数范围内,顺排肋化通道的对流换热系数和流阻系数均高于叉排通道;(4)在高阻塞比肋化通道中,流阻特性的变化规律和流动状态的转变规律基本与水力光滑通道相同。     

冲角变化对涡轮叶栅内间隙流动的影响

航空发动机涡轮工作效率的损失很大程度在于涡轮叶尖间隙损失,而叶尖区域泄漏流动的形成机理强烈地依赖于叶栅的运行工况,因此有必要研究来流冲角的变化对涡轮叶栅内间隙流动的影响.为此在低速风洞中对三套不同叶片积迭线形状的矩形叶栅进行了实验,测量了间隙内以及沿流动方向8个横截面的气动参数.通过对实验结果的分析和讨论,认为随着冲角的增加叶顶压差与端壁流道横向压力梯度增大,同时叶栅的总流动损失也随之增加.     

跨声速风扇转子叶尖间隙效应的数值研究

对某三级跨声速风扇第一级转子带叶尖间隙的三维流动进行了数值模拟,分析了6种不同叶尖间隙下转子的性能和失速裕度,发现转子在无间隙时总压比和等熵效率最高。随着叶尖间隙的增加,峰值等熵效率一直降低。当间隙很小时,叶尖间隙的变化对效率的影响并不是很明显。而转子的失速裕度与叶尖间隙的大小并不存在单调的关系,在0.434%叶尖间隙弦长比时达到最大值,此时的等熵效率和压比均很高,说明存在着最佳间隙。     

非对称凹腔橫向阵列压电风扇强化冷却特性研究

基于压电风扇振动拟合函数,利用动网格技术针对多压电风扇系统冷却非对称凹腔结构的三维非定常流动和换热特性开展数值研究,重点阐释了凹腔相对曲率Kr和多风扇振动相位差φ的影响。研究结果表明：凹腔表面时均对流换热系数的非对称分布特征是由于展向相邻风扇相互作用和弦向表面不对称耦合作用引起的;特别是当Kr值降低至2时,非对称凹腔表面时均对流换热系数的非对称分布特征将完全消失,此时振动包络内的传热系数几乎是Kr=6时的两倍;多风扇系统同相振动时（φ=0°,即相邻风扇起振相位相同）所激励的脱落涡尺度明显强于反相振动情况（φ=180°,即相邻风扇起振相位相差180°）,使得同一凹腔内同相振动（φ=0°）时包络区内的换热能力明显优于反相振动（φ=180°）,此外由于同相振动（φ=0°）产生的间隙涡也增加了邻近风扇间隙内的换热能力。     

振荡管最佳射流激励频率钳制效应

实验研究了管外换热状况对振荡管最佳射流激励频率及管内振荡流特性的影响,采用自然对流及强制对流（轴向水冷却）两种不同的管外换热形式,并用管外平均对流换热系数ａ来定量评价管外换热状况,研究表明,自然对流（ａ＝１４．５Ｗ／ｍ＾２．Ｃ）时,最佳射流激励频率ｆｏｐｔ随影胀比的增大而显著增大,强化管外传热后（ａ＝１１４０Ｗ／ｍ＾２．Ｃ）振荡管的制冷效率明显提高且受射流激励频率的影响变小,同时ｆｏｐｔ显著降低且     

旋转条件下带冷却通道的热驱动换热数值分析

在涡轮叶片新型超级冷却技术机理研究的基础上,对新型冷却热驱动换热特性进行数值模拟,得到了旋转条件下微小封闭通道内流体热驱动换热规律。进一步研究了旋转条件下,浮力数（Bu）、旋转雷诺数（Rew）和冷气雷诺数（Rez）等准则参数对热驱动换热的影响,结果表明：浮力数、旋转雷诺数和冷气雷诺数对封闭通道内流体的热驱动换热具有显著的影响,并且随着这些准则参数的增大,热驱动平均换热效果有不同程度的提高。     

回流燃烧室弯曲段冲击扰流柱+逆向对流+气膜冷却效率

为从理论上分析研究回流燃烧室弯曲段冲击扰流柱+逆向对流+气膜冷却结构的传热特性,设计了多种不同几何尺寸的计算模型,运用Fluent软件从流动与换热两个方面对其进行了系统的研究,得出了如下结论:(1)扰流柱的存在强化了冷却空气在冲击腔中的扰动,使得冷却空气与冷侧壁面的换热得到大大地加强,提高了复合冷却结构的冷却效率;(2)在本文研究的几何尺度下,附着于弯曲段热侧壁面的气膜层有效长度最大弧度不超过10°;(3)吹风比对复合冷却效率有很大的影响,在冷却壁面冷却效率随吹风比的增加而增加,但当吹风比M＞1.5时,吹风比对冷却效率的影响已不明显;(4)扰流柱的排列形式对冷却效果的影响不大.     

一种控制微涡轮叶尖泄漏流的新技术(英文)

提出了一种逆向涡流发生器控制叶尖泄漏流的新技术,利用压力面和叶顶面的压力差将气流从压力面引入,在叶顶面逆着叶尖泄漏流方向高速射出从而控制和减小叶尖泄漏流。对某典型毫米尺度涡轮叶栅进行了有/无逆向涡流发生器流场的数值研究,分析了逆向涡流发生器对流场及叶栅性能的影响。结果表明在典型进口条件下,逆向涡流发生器使得叶尖间隙泄漏流量降低了2.8%,周向载荷升高了7.7%;与无逆向涡流器情形相比,有逆向涡流器时涡轮效率提高了约1.2%。     

短舱进气道热气防冰系统传热特性研究

为了研究短舱笛形管热气防冰系统中防冰腔设计参数对进气道唇口表面传热特性的影响，进行了不同设计参数下进气道防冰腔内外流域和固体域的耦合仿真传热计算。分析得出了不同射流孔孔径和射流孔到进气道前缘表面的距离等参数对进气道唇口表面的温度、对流换热系数和Nusselt(Nu)数分布的影响。分析结果表明：射流孔直径和射流孔到唇口表面距离在一定的范围内，进气道蒙皮表面温度和对流换热系数随射流孔直径的增大而升高，随中间排射流孔到唇口表面距离的减小而升高。     

带横流非均匀冲击/气膜复合冷却特性试验研究

针对多层涡轮机匣内部典型阵列冲击/气膜,试验研究了横流出流和气膜出流作用对冲击冷却靶面换热系数的综合作用。重点分析了非均匀阵列冲击射流中,冲击雷诺数(6 750~28 500)、横流出流比(0~0.5)等参数对冲击靶板局部和平均努赛尔数的影响。试验中局部和平均努赛尔数均随着冲击雷诺数的增加而提高。当横流出流比增加后,局部和平均努赛尔数均减小。试验结果表明,气膜孔和冲击孔间距较小的工况下能够获得更好的局部换热强化效果。横流出流的存在,削弱冲击射流带来的局部强化冷却作用,并且随着出流比的增大,这种换热削弱程度也逐步变大。     

毫米级平面叶栅的PSP测量

建立了一种新型的非接触式压敏涂料(Pressure Sensitive Paint,PSP)测压系统,设计了一套可拆卸式毫米级平面叶栅实验段,首次应用PSP测压技术测量了有/无叶尖间隙毫米级叶栅叶背表面静压分布.结果表明:由于存在叶尖间隙,叶盆处高压气体通过间隙泄漏流入叶背,使叶背叶尖处压力明显大于叶根处;与无叶尖间隙相比,有间隙时泄漏对叶背表面压力的影响约占叶高1/3,叶背底端受泄漏的影响较小.     

封严篦齿腔内流动及旋涡分布和顶板换热特性的实验研究

自行设计了吸气式篦齿换热风洞并对篦齿腔内部旋涡分布及流场和篦齿顶板换热特性进行了详细的研究。测出了在不同雷诺数和齿隙比篦齿腔中旋涡分布和顶板换热规律。从机理上分析了雷诺数和齿隙比对篦齿腔内流动旋涡分布及顶板表面局部换热规律的影响。     

翼型加装格尼襟翼的低雷诺数气动特性实验研究

为了研究低雷诺数下格尼襟翼对翼型气动特性的影响,通过风洞试验研究了Eppler387翼型加装0.5%~5.0%弦长高度格尼襟翼后的气动特性变化,试验雷诺数1.49×105~2.31×105.试验结果表明:低雷诺数下Eppler387翼型加装格尼襟翼后,升力系数和力矩系数明显增大,襟翼高度大于2%弦长时阻力系数显著增大.格尼襟翼在高升力系数下能够起到增大升阻比的作用,适用于微小型飞行器工作在大载荷状态,而0.5%弦长高度的襟翼还能够兼顾中小升力系数下的气动效率,同样适合于微小型飞行器在巡航状态使用.与原翼型相比,加装襟翼后最大升阻比对应的迎角提前,随襟翼高度的增加,翼型升阻比曲线峰值变得不再突出.     

圆形断面自由湍动射流卷吸的实验研究

应用热膜流速仪对圆形断面自由湍动纯水射流的流场进行精细量测后，得出射流的卷吸流量和卷吸后总流量沿程增大的变化规律，当出口雷诺数大于某个临界值时，流量增大系数与雷诺数及断面距离无关，基本上是一个常数；当雷诺数小于临界值时则随雷诺数变化。初步探讨了大涡卷吸的机理，卷吸流量与卷吸涡特性的关系，卷吸流速系数性质及其与雷诺数的关系。     

逆向涡流发生器减小涡轮叶尖泄漏流的数值研究

逆向涡流发生器可以有效减小涡轮叶尖泄漏流,提高叶片周向载荷.对影响逆向涡流器减小泄漏流的几个关键因素进行了数值研究,结果表明:入流和出流孔径比增大,涡流器流量增加,对叶尖泄漏流的减小效果越好,孔径比2∶1时比孔径比1∶1时涡流器流量增加了24%,叶尖泄漏流量降低了0.8%,叶片周向载荷提高了1%;与叶片前缘布置涡流器相比,在叶片中后部布置时涡流器流量增大,叶片周向载荷提高;涡流器布置越密,涡流器总流量增加,布置33个涡流器比布置9个涡流器叶尖泄漏流量降低了1.6%,叶片周向载荷提高了2.7%;出流角越小,叶尖泄漏流量越小,叶片周向载荷越大,出流角30°时泄漏流量比60°时降低了1.2%,叶片周向载荷提高了约2%.     

单排圆柱孔射流气膜加热与气膜冷却方式的对比

为了揭示气膜加热和气膜冷却两种方式在影响规律机制上的异同,通过数值计算研究了两种方式单排圆柱孔在典型吹风比下(0.5,1.0和1.5)的射流-主流相干特征,并分析了热气流-冷气流温度比变化对气膜绝热加热或冷却效率的影响。研究结果表明:在相同的吹风比下,在气膜加热方式下喷注射流向主流的穿透趋向更为显著,引起喷注射流抬离壁面并在气膜孔出口附近诱导出尺度更大的卵形涡对;当温度比接近于1时,气膜绝热加热效率与气膜绝热冷却效率差异较小,随着温度比偏离1的程度加剧,气膜绝热加热效率与气膜绝热冷却效率差异显著增大。     

雷诺数对圆柱气动力和流场影响的试验研究

通过刚性模型测压风洞试验,研究了圆柱的气动阻力、气动升力系数和风压系数随雷诺数的变化规律,从流场分布的角度分析了气动力变化的原因,并研究了雷诺数影响下的流场在圆柱轴向的相关性。结果表明:在亚临界雷诺数区域,在时间平均上流场沿模型两侧呈对称分布,雷诺数对平均阻力系数和流场影响较小,平均升力系数基本为零。在临界雷诺数区域,随着特定区域大负压区的出现,流场不再对称,出现不容忽视的平均升力和脉动升力。在超临界雷诺数区域,随着对称侧大负压区的出现,流场恢复对称状态,平均升力基本消失。雷诺数对流场的轴向相关性有显著的影响。在雷诺数较低时（亚临界区域）,卡门涡在轴向上的尺度相对较大,而随着雷诺数的提高,该尺度逐渐减小,各断面流场的相关性降低。     

摇摆条件下棒束通道内超临界水流动传热特性

针对核动力舰艇航行时可能发生的摇摆运动情况,本文采用数值模拟方法探究海洋摇摆运动条件下超临界水冷堆（Supercritical-water-cooled reactor, SCWR）堆芯冷却通道内超临界水湍流流动与传热特性,揭示海洋摇摆运动对通道内瞬时及时均换热性能的影响。研究表明：在摇摆条件下通道内超临界水横流强度大幅增强,流体质量流量、压降损失、瞬时换热系数、燃料棒外壁面最高温度等均出现周期性波动现象,在流体温度接近拟临界温度时摇摆运动对通道内对流传热过程的影响最显著。并且,上述参数波动幅度与摇摆幅度和摇摆周期之比正相关。随通道摇摆幅度增大或摇摆周期减小,瞬时换热系数与瞬时压降波动幅度增大。总体而言,与竖直静止情形相比,在摇摆条件下通道内时均压降损失与时均换热系数均有一定程度增大,但增长幅度有限。