环形流道流体阻力特性实验研究

针对环形流道下流体阻力特性较圆管阻力特性存在差异,对不同尺寸间隙的环形流道流体阻力特性进行了实验研究。依据圆管流体流动特性原理,推导出摩擦阻力计算公式,采集实验数据、计算实验结果,并对实验结果进行比较、分析。结果表明,环形通道流动特性与流道间隙大小有关,认为间隙为2.5mm是环形通道流动特性的临界点。研究发现,间隙尺寸大于2.5mm时摩擦阻力系数与理论计算相符,流态转捩雷诺数与常规尺寸基本吻合;间隙小于2.5mm为窄环形通道,窄环形流道流体阻力系数随间隙的减小而减小,流道流体流态转捩点明显提前,并且间隙值越小流态转捩雷诺数越小。     

涡轮叶片尾缘扰流柱通道流动换热计算

为了深入研究涡轮叶片尾缘扰流柱区域流动的工程计算方法,用开发的基于流体网络计算的一维工程算法,对工作叶片尾缘扰流柱通道进行了计算,并与实验结果进行了对比。计算结果表明:工程计算得出的弦向出流量分布、压力分布从规律和数值上与实验结果都吻合较好,工程算法能够比较准确地计算出扰流柱通道的流动;扰流柱区的气体流动方向基本为弦向,但也存在着一定的径向流动,所以有必要在流体网络计算中设置表示径向流动的流路。     

间冷回热循环发动机间冷器流动换热性能试验

试验获取了各个状态下间冷器试验件冷气、热气通道进出口气流的总温、总压等参数,进而获得间冷器的流动阻力特性和换热特性。评估了间冷器流动换热性能,并与理论计算结果进行对比分析。结果显示:热气通道流体压力损失系数理论计算值与试验值吻合良好;冷气通道压力损失系数随冷气雷诺数的增加逐渐降低,理论计算值低于试验值;随着冷气流量的增大,间冷器换热效率先降低,当间冷器冷气通道流量大于热气通道流量时,换热效率开始逐渐升高;换热效率理论设计值与试验值误差较小,换热效率随着热气冷气温比的增大先略有升高,随后基本保持不变。     

旋转状态下S型带肋通道流动特性数值研究

为了更好地了解涡轮叶片内冷完整通道中流体的流动特性,数值研究了肋、转弯以及旋转对完整S型带肋通道流动特性的影响.雷诺数为17000,3个出口的出流比分别为27%,49%,24%,旋转数取0,0.03,0.06,0.09.结果表明:通道1靠近前缘侧阻塞比高,肋的扰流作用强,流体速度较低.转弯引起流体流动分离,使转弯下游通道中的主流发生偏移,通道3靠近分隔板侧存在较大范围低速区.旋转产生的切向哥氏力使流体向哥氏力指向面偏移,通道2与通道3主流分别偏向吸力面与压力面.旋转影响通道中二次流的分布,增强转弯下游低速回流涡区域流体的流动.      

并联硅基扩缩微通道热沉强化传热特性

采用去离子水作为冷却工质,实验研究了并联硅基扩缩微通道热沉内的流体流动与强化传热特性.基于微尺度强化传热机理,设计加工了两种并联硅基扩缩微通道热沉.通过测量流体的体积流量、进出口压降与温度、热沉底面加热膜温度,并以传统矩形直通道热沉为参照,获得了并联硅基扩缩微通道热沉在恒热流边界条件和不同体积流量工况下流体流动与对流传热特性参数.结果显示:相对于矩形直通道,并联硅基扩缩微通道热沉的表面传热系数可提高12.5%~85.1%,但摩擦因数只增加了-9.2%~31.4%.表明并联硅基扩缩微通道热沉具有优越的强化传热特性.      

利用micro-PIV测量矩形微管道内流量

利用微观粒子图像测速技术（micro-PIV）测量了矩形微管道内低雷诺数下速度矢量场,并以此为基础计算微管道内流体体积流量。微管道水力直径为83μm,横截面深宽比为0.155,长度为17mm。实验中获得雷诺数分别为47、127和215三工况下管道中心水平截面内速度分布。与理论速度剖面比较,管道中心的测量速度值吻合很好,偏差控制在±2%以内。利用中心速度值结合层流解析解计算微管道内平均流速和体积流量。经过误差分析得到该方法测量误差约为3.3%。实验结果表明,利用micro-PIV技术完全可以实现微通道流量的高精度测量。     

旋转状态下蛇形通道内流动与换热的机理研究

在已有的实验研究结果的基础上,应用较好符合实验结果的数值模拟程序及划分网格方法,分别数值计算了旋转所产生的几个因素对流动与换热的影响机理。结果表明:由于在垂直于旋转半径截面上哥氏力分布的不均匀,产生了流体流型的两个变化,即主流的偏移和二次流动旋涡的出现。离心浮升力对通道内流动与换热的影响不大。旋转速度变化时,在旋转变化的起始时刻系统的角速度力对通道内流体的流动影响比较明显。各种力的作用综合效果不是简单线形迭加的,而是交替起主导作用,决定流体流动结构、影响换热结果。     

离心力场下细微封闭通道内R12的热驱动换热研究

本文以试验的方法,研究了一种利用彻体力场下封闭通道内流体的热驱动循环流动来强化换热的新型冷却技术。主要讨论了封闭循环通道宽度d为1mm,氟利昂R12为工质的热驱动流动和换热特性,重点分析了随转速(即离心加速度)的变化,R12的热驱动流动和换热变化规律,以及热端壁面的温度分布及变化规律。研究结果表明:离心力场下流体热驱动流动和换热特点同重力场下基本相似;随着转速的提高,R12的热驱动强度不断增加,热端壁面温度逐步下降,同时热端壁面的温度梯度也逐渐降低;在转速为1140r/min时,总平均传热系数达到了1550W/m2·K。      

层间叉排微针肋液体冷却3D-IC流动及换热特性

用数值模拟的方法,研究了散热面积为1cm2带有层间微散热结构双面均热发热3D-IC内部流体层流流动与换热,对体积流量在36~290mL/min范围内,通道高度为200μm,通道间距为200μm的带有矩形微通道和叉排微针肋液体冷却3D-IC(three-dimensional integration circuit)的流动与换热进行了分析.结果表明:带有层间叉排微针肋液体冷却3D-IC具有良好的换热效果,在热流密度为1.25MW/m2,体积流量为290mL/min时,其发热面平均温度、最大温度只有318.31,323.16K,分别最大减小了12.31,20.14K,此时的功率为250W、体积热源为8.3kW/cm3.      

流体压缩性对发动机滑油通风系统流动特性的影响

为了研究流体压缩性对滑油通风系统流动特性的影响,通过在元件流动控制方程中引入气流马赫数,建立了考虑压缩性的元件计算模型。模型利用可压损失系数来建立元件进出口流动参数之间的关系,以确定进出口气流的马赫数。以发动机滑油通风系统为对象,进行验证计算,计算结果与试验结果非常接近,最大误差不超过4%。从元件、系统两个方面,通过计算深入分析流体压缩性的影响。结果表明:相比于不可压流动,马赫数较小时,空气流量差异很小;马赫数较大时,空气流量明显小于按照不可压流动计算的流量;对于单支路系统,出口Ma为1时可压流计算的空气流量约为不可压流的78%。应用该模型,进行通风系统的一维仿真分析,有利于较为全面地了解系统内气体流动状态和提高计算精度。     

航空发动机1 次表面换热器流动换热性能分析

为了研究航空发动机1次表面换热器流动换热性能,基于传热单元数法并结合其结构特性,建立了换热器热力学设计方法并对经典热力学公式进行了对比分析。同时针对适用于航空发动机的4种不同结构形式1次表面换热器(直通道逆流型和1 5°,30°及45°叉流型),在真实工况下的流动换热特性开展了数值模拟研究。通过对比不同结构换热器在不同工况下的流动换热特点,可以为一次表面换热器芯体核心部件的优化设计提供设计依据和方法。基于数值计算结果,对比分析了不同交错角度θ对换热器的换热性能与流动特性的影响。结果表明:对于直通道逆流换热器,整个换热器内部温度有规律均匀分布;对于叉流换热器,由于波纹板片呈一定角度交替放置,内部流动复杂,局部存在明显的涡流强化换热,气体流动通道内的速度、温度分布极不均匀。随着交错角度的不断增大,叉流换热器的换热性能不断增强,但其冷热两侧压降也大幅增大。     

平面突扩管道中的湍流流动及预混燃烧计算

应用随机涡法(Random Vortex Method)对平面后台阶突扩管道中的湍流流动及预混燃烧过程进行了数值计算。与平均流场所显示的气流结构不同,瞬时流场表现出大尺度的多涡结构。由于这些大尺度旋涡之间的相互作用,回流区长度在平均值附近发生拟周期性变化。预混燃烧计算结果表明,大尺度旋涡对火焰面在流场中的分布有重要影响。     

对环形叶栅内非定常流动特征参数的实验研究

通过环形叶栅实验,测出叶排后流场速度分布,捕捉叶排后流动分离的特征频率,观测气流攻角和流量的影响,分析出环形叶栅后的旋涡脱落频率及与其他气动参数之间的相互关系。在大的负攻角下,分离区范围广阔,旋涡强度也较大,分离区衰减慢,但它是收敛型的分离旋涡;在大的正攻角下也存在类似的现象,但其旋涡强度更大,是扩散型的,这意味着大的正攻角造成的分离更为危险,而叶轮机械中的不稳定流动现象(旋转失速、喘振等)又往往是由此引起;而当攻角接近设计攻角时,分离明显减小,且很快被主流区掺混而逐渐消失。在环形叶栅试验中,发现在不同测量状态下(不同攻角和流量)都存在值为723Hz左右的特征频率,然而幅值(气流分离强度)却有相应变化。     

计算压气机特性的基元叶片法

本文介绍一种轴流压气机非设计性能的预测方法。该法特点是 ,在流线曲率法解径向平衡方程基础上 ,引入环壁附面层损失的计算 ,考虑叶型存在对气流熵增和总焓变化的影响 ,并计入二次流 /径向间隙流引起的损失 ,激波、尾迹损失等。结果与试验数据对比符合工程要求。     

电动燃油泵驱动电机浸油冷却性能数值模拟

为了研究电动燃油泵驱动电机浸油冷却性能,基于冷却流体及电机各部件3维模型,充分考虑各部件发热功率以及材 料属性等物理量的影响,采用有限体积法对电机流-热耦合场进行模拟仿真,分析不同边界条件对电机流场和温度场的影响。结 果表明：在最大冷却燃油流量以及电机最高功率下,流道的压力损失和电机的最高温度均能满足电动燃油泵的运行要求;随着冷 却流量增加或燃油粘度的增大,流道的压力损失增大,且在最大冷却流量下,燃油粘度每增大1 mm 2 /s,压力损失增大约2 kPa;电 机功率和入口温度对电机各部件温度的影响较大,各部件温升与燃油进口温度近似呈线性关系,而环境温度对电机温度场影响较 小。研究结果为电动燃油泵电机浸油冷却流道的设计与优化提供了理论依据。     

双转子轴间滑油颗粒运动轨迹参数化模型

为研究双转子轴间滑油颗粒运动对环下润滑收油效率及轴承腔油气分离效率的影响,建立了对转轴间在边界层流场结构下基于质点运动学的滑油颗粒运动轨迹参数化模型,并采用经实验验证的计算流体力学（CFD）数值计算结果进行验证。双转子轴间的边界层流场结构的确定运用了对湍流边界层卡门三层结构速度分布进行修正的方法。结果表明：给出的参数化模型可以很好地描述双转子轴间的滑油颗粒运动规律。直径较大的颗粒径直或沿弧线迅速到达外轴,而直径较小的颗粒中存在一个在给定停留时间内使颗粒无法到达外轴的最大直径,小于这一临界直径的颗粒在有轴向气流时将被吹离轴间环腔。     

旋涡运动与湍流模型

本文力图将熟知的湍流大涡运动现象与湍流模型理论联系起来以减少模型理论中的经验关系。 在剪切流中以球的流体动力系数,分析确定了涡球的运动,并以此确定剪切流中的湍流剪应力。由此得到了一个二方程模型,方程中仅包含球的流体动力系数。 平板湍流边界层的实例计算表明,计算的速度剖面在整个边界层中都能很好地与实验符合。     

测量三维湍流场的热线响应方程及热线校正方程

从Ｊｏｒｇｅｎｓｅｎ等效冷却速度公式出发推出了高阶精度的热线响应方程,它适用于密度不变低速条件下求解湍流场中时均速度和雷诺应力张量。应用该热线响应方程时不严格要求热线探头轴线与流场速度矢量完全一致,因此可简化热线测量的支撑和传动机构。导出的显式热线校正方程可保证校正精度。     

旋转诱导燃气入侵的数值模拟

在航空发动机涡轮级中,动盘的旋转会导致主流高温燃气从盘缘封严侵入转静盘腔系统.通过计算流体动力学方法对轴向封严结构下旋转诱导燃气入侵进行了研究,得到了在不同封严冷气流量下盘腔压力和封严间隙处径向速度的变化规律.分别计算基于质量和基于浓度定义的封严效率分布,并得到了相应最小封严流量.在不同旋转雷诺数下,用压力参数法估算了最小封严流量,所得结果与公开发表的经验关系式计算得出的一致.      

大涡模拟中亚格子模型的改进及其在槽道湍流中的应用

在用大涡模拟的方法计算具有强剪切的槽道湍流时, 常用的亚格子应力模型, 包括考虑壁面修正的模型, 都会出现平均流剖面偏高的现象.这表明在壁面附近亚格子应力模型还不能描述实际情况.针对这一问题, 修正了亚格子雷诺应力模型的壁面函数, 得到了较好的计算结果.用修正后的模型计算出的平均速度分布、均方根速度的分布以及雷诺应力的分布, 均与直接数值模拟(DNS)的结果吻合较好.