欧盟社会性科学议题开放教学资源的设计与应用——以ENGAGE科学教育项目为例

创新驱动发展是21世纪科学教育面临的重要挑战之一。欧洲教育委员会在“负责任的研究与创新”的价值引领下,开展了一系列基于社会性科学议题教学的相关项目研究,其中ENGAGE项目的影响力最为深远,该项目聚焦6-8年级阶段学生认知,开发了覆盖物理、化学、地理和生物等领域的30个教学案例,结合5E教学模式,关注多维目标整合;重视负责任的科学研究与创新,基于探究实践、论证推理等科学实践活动组织教学内容;在评价上注重学生学习过程的评价。针对我国科学教育义务教育阶段课程标准的要求,在开发社会性科学议题教学资源时需锚定新兴领域,主题筛选聚焦社会性科学议题内涵特征;围绕课程需要制定教学目标,关注大概念和多维探究技能融合;要基于学生认知规律和科学探究组织灵活性、可行性的教学内容;实时做好追踪记录,侧重学生的学习过程评价。同时在借鉴国外开放教学资源时,要根据本土实际作出适合与我国社会主义核心价值体系相一致的调整,有选择性地筛选并能结合本土案例的适宜主题,围绕课程和教学要求制定教学目标和教学策略,合理规划教学实践活动并及时反思改进教学案例。

受涡轮动、静叶片影响的轴向轮缘密封非定常封严特性研究

为探究受涡轮动、静叶片单独及共同作用下的轮缘密封结构封严与入侵的精细流动机理,通过SST湍流模型,对处于无叶片、仅存在动叶、仅存在静叶、动静叶均存在的4个不同环境中的典型轴向密封结构进行非定常数值模拟。结果表明:动、静叶片通过改变轮缘密封间隙出口处高、低压区之间的面积与压差,和增加间隙内的再循环及泰勒-库特型流动强度,以及使盘腔内回流涡的位置沿径向下移等方式对间隙和盘腔内的封严性能产生负面影响;且动叶的存在可抬高出流冷气进入主流时的径向高度,静叶的存在可导致入侵区中大尺度间隙涡的出现并使其在近静盘顶部位置的封严性能急剧恶化;相比于无叶片结构,受动、静叶单独及共同作用的间隙中部的最小封严效率分别降低约0.22,0.25和0.44,间隙底部的最小封严效率分别降低约0.08,0.13和0.36。间隙中部及近静盘顶部位置监测点的静压频谱结果显示,无叶片、仅有动叶和仅有静叶结构的特征频率分别为转盘旋转频率的77.7,75.6和60倍,动静叶均存在结构的特征频率则为转盘旋转频率的54倍,对应着转子旋转频率。

燃气轮机轮缘密封气动技术研究进展

为明确轮缘密封技术发展现状及趋势,在相关文献调研基础上,从轮缘密封燃气入侵的预测模型、轮缘密封不稳定流动机制、涡轮轮缘密封燃气入侵特性及流动机理、轮缘密封出流与涡轮主流的相互干扰、涡轮轮缘密封设计及气动性能改进等方面对燃气轮机轮缘密封气动技术的研究进展进行综述。简要总结了轮缘密封流动的常用研究方法与研究结果,并指出未来除需进一步完善多参数耦合影响下的多种封严结构燃气入侵理论预测模型,强化涡轮高参数试验及高精度数值计算方法外,还应在变工况条件下的旋转诱导入侵、轮缘密封间干扰和封严出流与主流非定常交互演化机制等方面开展更深入的细致研究,并在此基础上探索高性能轮缘密封结构设计优化技术。另外,强化气热环境下的封严出流对涡轮冷却特性的影响研究,发展考虑封严出流作用的涡轮低维度气动设计技术也是轮缘密封技术发展的重要方向。

受轮缘密封结构影响的1.5级涡轮封严流与主流的相互作用以及轮缘密封间流动干扰

为探究动叶上游不同轮缘密封结构封严出流对1.5级涡轮端区流场及轮缘密封间流动干扰的影响区别,通过Shear Stress Transport(SST)湍流模型对无密封腔室,上游密封结构分别为简单斜向、简单径向,下游密封腔室为简单轴向的1.5级涡轮进行了非定常数值模拟。结果表明:轮缘密封间干扰使带径向密封结构模型的下游轮缘腔室内封严效率偏低,并增强了固有的非定常不稳定特性。上游密封结构变化对动叶和第2级静叶流动的影响差异分别位于35%、65%叶高范围内;径向密封结构增加了上游静叶的堵塞效应、动叶入口气流的欠偏转程度、叶根吸力面负荷与14%叶高以上的轮毂通道涡强度,并在第2级静叶入口处产生更多低频压力波动,使其尾缘脱落涡尺度增大但13%叶高以上的轮毂通道涡强度较弱。与无密封腔室相比,通入封严气体总量为主流流量的0.8%时,带斜向密封结构的1.5级涡轮气动效率降低了0.94%,且带径向密封结构的1.5级涡轮气动损失额外增加了0.17%。

基于压力场分布的大子午扩张涡轮非轴对称端壁造型方法

为提高大子午扩张涡轮端区气动及传热性能,基于大子午扩张涡轮上端壁静压场分布细节,使用Bezier曲线与正弦三角函数曲线相结合的非轴对称端壁造型技术,对某1.5级大子午扩张涡轮第2级静叶上端壁进行8种非对称造型设计,并通过SST(shear stress transfer)湍流模型数值求解RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)方程组对造型前后端壁进行了流动与传热特性的研究。结果表明:对大子午扩张涡轮上端壁进行非轴对称造型设计可有效改善其上端区叶片通道内横向压差分布情况;对其上端壁压力面进行通道内凸起造型可降低出口总压损失,当凸起幅值为S2叶高的5%时,出口总压损失最多可降低约1.1%;对其上端壁吸、压力面均进行通道内凹陷造型将减小机匣与叶片的热负荷,当凹陷幅值为S2叶高的5%时,机匣及叶片的热负荷最多可分别降低约3.1%与2.8%。