前缘气膜孔布局对涡轮转子叶片流动传热的影响

为了研究不同前缘气膜孔布局对叶片内部冷却系统、温度场分布的影响,针对某典型冲击-对流-气膜复合冷却高压涡轮转子叶片,保持叶片主体冷却结构不变,通过改变叶片前缘各列气膜孔的数量形成5种结构方案,完成了1维流动换热及3维有限元温度场计算。并模拟发动机工况,试验研究了叶片内腔流量特性、叶片中下部2个截面的平均冷却效果随压比、流量比的变化规律。计算及试验结果均表明:涡轮转子叶片前缘气膜孔数量及布局对叶片前腔冷气量、前缘温度分布影响明显,而对后腔冷气量、尾缘温度影响较小。     

镍基单晶冷却叶片高温持久性的理论与试验研究

采用含有0~4排气膜孔的薄壁平板试样模拟镍基单晶冷却叶片,研究了气膜孔排布对镍基单晶冷却叶片高温持久性的影响,并基于晶体塑性理论建立单晶材料蠕变数值计算模型,将其编入Abaqus用户子程序中,对不同气膜孔排布的薄壁平板试件进行有限元分析。试验结果表明,在气膜孔数相同的情况下,随着气膜孔排数的逐渐增多,冷却叶片高温持久寿命不断降低,且下降趋势逐渐加剧。文中提出了基于有限元数据的高温持久寿命预测幂函数模型,在对应孔排布、应力、温度条件下,其相对误差均小于3%,有限元分析得到的应力场分布结果与试样的断口形貌相吻合。     

离散孔结构超声速气膜冷却数值模拟

为了得到气膜入口结构对气膜冷却效率的影响规律,并为工程应用提供参考,针对不同形状气膜入口结构的离散孔超声速气膜冷却展开了三维数值模拟。结果表明:气膜入口结构对气膜冷却效率影响明显,轴对称孔入口收敛段结构的流量系数直接影响冷却效果,计算工况下流量系数降低013下游冷却效率约降低005,应该防止收敛段剧烈收缩;同时,离散孔扩张段面积变化速率越小越有利于冷却,变化过快会使得冷却剂得不到充分发展,垂直主流方向的速度分量大,使得气膜往两侧流动而中心区域冷却效果变差;在非轴对称离散孔出口增加平直段能使射流更集中,可以有效防止气膜在上游被穿透造成冷却恶化现象。      

精铸叶片金属型随形冷却蜡模的快速制作方法

针对现有树脂型快速模具存在精度差、导热率低的问题,提出了一种基于低熔点合金铸造成形的空心涡轮叶片熔模铸造蜡型注射用快速模具制作方法;设计了注蜡型腔模的复合结构,型腔模外部是铝合金框,内部是包埋有随形冷却铜管的低熔点合金铸造体;给出了模具内随形冷却管的设计方案。以“模具-蜡型-型芯”系统为分析对象,应用ANSYS软件进行了模具冷却仿真。仿真结果显示本模具的冷却速率与温度均匀性得到显著改善。     

部件冷却对二元俯仰矢量排气系统红外特征抑制实验

实验测试了采用中心锥气膜冷却和喷管冲击-气膜冷却的二元俯仰（2D-CD）矢量排气系统,在几何偏转0,10,20°三种角度下,壁面温度和红外辐射特征分布,并与未冷却状态进行了对比分析。结果表明:前密后疏的气膜孔排布形式可有效减小热侧面高温区域大小。中心锥冷却时,密流比为0.8条件下壁面冷却效率达45%~63%,排气系统尾向±10°范围内红外辐射强度下降20%;但是由于冷气流注入,导致下游壁面（隔热屏、喷管）温度升高,在30°探测方向上红外辐射强度上升15%。喷管冷却时,收敛段（密流比为0.25）冷却效率达19%~33%,扩张段（密流比为0.65）冷却效率达75.5%~83.5%,侧壁段（密流比为0.65）冷却效率达78%~90%,导致在排气系统尾向15°~75°范围内,红外辐射强度下降30%以上,最大降幅达80%（几何偏转20°,宽边探测面30°探测方向）。      

各向异性复合材料平板气膜冷却特性实验和数值研究

针对不同编织方式形成的复合材料平板气膜冷却开展了实验研究,利用红外热像仪测量了热侧壁面的温度场分布,分析了平板导热系数、吹风比、主流温度等参数对综合冷却效率的影响。在实验验证的基础上,进一步对单向增韧特点的复合材料进行数值模拟,分析了X、Y、Z三个方向导热系数对单孔气膜冷却壁面温度场分布和综合冷却效率的影响。结果表明:随着吹风比的升高,气膜综合冷却效率升高;随着主流温度的升高,气膜冷却效率降低;25D编织复合材料冷却效率最高,3D编织复合材料冷却效率最低。各向异性复合材料内部的温度梯度、传热量都与材料的导热系数特征有关,X方向和Z方向的导热系数增大,沿程综合冷却效率升高;而Y方向导热系数的增大对气膜冷却效率几乎没有影响。      

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。     

内流系统的网络计算法

提出了一种关于内流系统流动换热的网络计算法。算法特点是将系统的结构和腔室分解成由相应元件和节点组成的网络。用有限元件和流动介质类型就可描述各种结构的内流系统。网络采用节点残量修正法计算,具有良好的通用性和操作性,且计算稳定性和收敛性也较好     

蒙特卡洛方法计算空间辐射制冷器的辐射交换系数

介绍了用蒙特卡洛方法数值模拟由漫发射面和镜反射面组成的封闭腔中的辐射换热的一般过程;并用蒙特卡洛方法求解了具有较复杂几何关系及表面特性的空间辐射制冷器二级冷块对锥口的辐射交换系数和一级冷块对屏口的辐射交换系数;给出了程序框图;对计算结果进行了分析。     

燃烧室壁冲击冷却换热的实验研究

对９种不同几何尺寸的冲击孔板及其换热靶板,在冷流压力损失控制在１０％以下时,测量其换热的平均努氏数,并依据结果分析冲击换热的影响和影响程度,最后采用多元线性回归法,将结果数据整理成换热的准则关系式。实验结果表明：（１）冲击换热的平均努氏数Ｎｕｄ随冲击孔的雷诺数Ｒｅｄ的增加呈上升趋势,（２）冲击换热的平均努氏数Ｎｕｄ在冲击间距Ｚｎ＝０．８ｍｍ～４．８ｍｍ内,随Ｘｎ／ｄ的增加呈下降趋势,（３）冲击间距Ｚｎ＝０．８ｍｍ～４．８ｍｍ内,冲击换热随冲击间距与冲击孔孔径之比Ｚｎ／ｄ增加而微弱上升,（４）在实验范围内冲击换热的平均努氏数可用下式表示：Ｎｕｄ＝０．２８１（Ｚｎ／ｄ）０．０７１（Ｘｎ／ｄ）－１．２９Ｒｅ０．７６ｄ,式中１５００≤Ｒｅｄ≤１００００,６．２５≤Ｘｎ／ｄ≤８．３３,０．５３≤Ｚｎ／ｄ≤３．００。