4种冷却结构对叶片前缘流动换热影响的比较研究

为了研究不同冷却结构对叶片前缘冷却性能的影响,建立了冲击冷却、简单旋流冷却、中间双旋流冷却和切向双旋流冷却的4种结构,利用流体动力学软件ANSYS CFX对比分析了各种冷却结构的流动和换热特性。研究结果表明:冲击冷却的冷气流速变化剧烈,靶面压力较高,流阻系数最低,局部换热强度大,靶面平均换热强度不大;简单旋流冷却的流速变化较为平缓,流阻系数较大,换热强度较大,靶面换热强度分布均匀;中间双旋流冷却的平均换热系数最大,换热强度分布比较均匀,流阻系数较小,可以作为一种新型的发展前景良好的前缘冷却结构;切向双旋流冷却的流动和换热特性很差,不具备进一步研究的价值。

旋转半径和叶片安装角对动叶旋流冷却流动和传热特性的影响

针对航空发动机涡轮动叶片中应用旋流冷却的问题,建立了旋转条件下的旋流腔冷却模型,比较了静止和旋转条件下冲击与旋流冷却的流动传热特性差异,研究了旋转半径和叶片安装角对旋流冷却特性的影响规律。研究结果表明:叶片旋流腔旋转显著改变旋流冷却气动传热特性,旋转条件下旋流腔产生离心力和科氏力;离心力驱使冷气向叶顶方向运动,加强冷气横向冲击作用,使得高传热区域向叶顶方向偏移;科氏力方向为轴向上游或下游,引起冷气轴向回流,增强冷气掺混,减小射流冷气周向速度,显著降低了传热强度;旋转条件下,旋流冷却传热强度比冲击冷却提高了27.6%;与静止条件相比,旋转数为0.819时冲击冷却传热强度减小了30.0%,旋流冷却传热强度减小了18.6%;叶片旋流腔旋转半径增大时,冷气周向速度稍有减小,靶面平均Nu略有减小;叶片安装角增大时,旋流冷却流场和平均Nu不变,周向平均Nu分布均匀性降低。

侵彻引信过载特征等效低成本考核方法

围绕对高速侵彻引信在不同工况下功能充分考核的需求,针对全尺寸弹体侵彻试验成本高且难以实现多工况考核的问题,提出基于低成本火炮缩比弹和原型弹在过载峰值、持续时间以及粘连度三个特征量等效的引信等效试验方法。建立了基于125 mm加长弹的等效缩比试验,通过仿真和试验验证表明在低成本火炮基础上,可通过构建弹、靶、工况的缩比模型,实现全尺寸战斗部侵彻过程中引信动态响应特性的等效,实现引信不依赖全尺寸战斗部的独立考核试验,为引信多工况下功能考核验证提供支撑。

周向喷嘴数对旋流冷却流动传热特性的影响

为了研究在旋流腔周向布置多个喷嘴对旋流冷却特性的影响,分别建立了保持喷嘴几何尺寸不变和保持喷嘴进口总面积不变的旋流冷却模型。在相同质量流量和喷嘴长宽比的条件下,采用数值计算方法,研究了周向喷嘴数对旋流冷却特性的影响,并分析、对比了两种情况下旋流冷却性能的差异。研究结果表明:当保持喷嘴几何尺寸不变时,靶面平均Nu随周向喷嘴数增加而逐渐减小,但靶面Nu分布更加均匀,由于下游冷气速度受轴向横流影响较大,高Nu区向下方偏移,旋流腔冷气涡数目随周向喷嘴数增多而逐渐减少,冷气总压损失也随之减少;当保持喷嘴进口总面积不变时,随着周向喷嘴数的增加,靶面高Nu区面积和靶面平均Nu先增大然后略有减小,都在周向喷嘴数为2时达到最大值。由于下游冷气速度受轴向冲击影响较小,在旋流腔轴向下游处,靶面展向平均Nu略有提高,而总压损失随着周向喷嘴数的增加逐渐增加。

一种新型组合内部冷却的流动和换热特性研究

为了研究不同冷却结构对叶片前缘冷却性能的影响,探究综合性能更为优越的冷却结构,建立了旋流冷却、冲击冷却和旋流与冲击冷却相结合的新型冷却模型,在相同的进气腔、喷嘴数及位置、旋流腔和气动条件下进行了数值研究,对旋流冷却、冲击冷却和新型冷却模型的综合换热性能进行了对比分析,并探究了不同雷诺数下组合冷却的换热性能、冷气分配和压降的变化规律。研究结果表明:旋流与冲击冷却相结合的冷却方式综合换热性能最佳,其综合换热系数相较于旋流冷却提高了0.2%,相较于冲击冷却提高了12.5%,其压力损失低于纯旋流冷却和纯冲击冷却;在旋流与冲击冷却相结合的冷却中,随着雷诺数的增加,努塞尔数得到显著提升。由于上游冲击冷却气与主流的相互碰撞,削弱了主流流速,加之上游顺时针涡旋向下游的发展,使得冷却腔室末端位置的换热性能得到增强。在旋流与冲击冷却相结合的冷却中,旋流冷却部分产生的涡旋对下游的影响较强,抵抗上游的横流能力较高,旋流冷却与冲击冷却的相互作用能够产生一个大尺度对涡和单涡旋;冷气分配不随雷诺数变化,流经冲击喷嘴的冷气较少。

喷嘴周向位置和旋流腔拔模斜度对旋流冷却的影响

为了研究喷嘴周向位置及旋流腔拔模斜度对旋流冷却流动和传热特性的影响,探究综合性能更为优良的冷却结构,建立了适用于叶片前缘的旋流冷却模型。在验证了湍流模型的前提下,采用CFD方法对不同模型的流动换热特性进行了对比分析。结果表明:冷气从进口射入旋流腔,形成高速旋转运动;冷气的三维流线沿轴向先径向收缩后径向扩张。喷嘴周向位置改变时,高速旋流区和低速旋流区的相对位置改变,并且高Nu区域的周向位置改变。对于叶根进气的情况,拔模斜度增大时,高速旋流区面积增加,低速旋流区面积减小,并且压力系数减小;当拔模斜度为正值时,压力系数沿轴向降低;拔模斜度为负值时,压力系数沿轴向升高,高Nu区域面积随着拔模斜度的增加而增加。叶根进气时,以拔模斜度为-1°时为参考值,拔模斜度增大至1°时,换热强度提高了9.1%,靶面传热量增加了8.4%,摩擦因数减小了4.1%,综合换热因数提升了8.8%。本文研究分析了不同几何参数下的旋流冷却流动和换热特性,以期为实际叶片前缘冷却结构的设计提供一定的理论参考。

高温高压工况下NASA C3X涡轮叶片旋流冷却和冲击冷却的性能对比研究

文中建立了NASA C3X叶片前缘旋流冷却和冲击冷却结构,在高温高压工况下对旋流冷却和冲击冷却流动和传热特性进行了比较分析.考虑了10000、30000、50000、70000和90000五个进气腔室入口雷诺数.结果表明,与低参数条件相比,较高的冷气压力导致冷气速度较低,但仍具有较高的传热强度.旋流冷却喷嘴下方C3X叶片靶面弧度较高,冷气流经时产生较高的向心力,冷气压力升高.随后冷气流经旋流腔室底部低弧度靶面,压力降低,流速升高,换热增强.旋流冷却产生带状高努塞尔数区域,并沿着下游方向均匀分布.冲击冷却在射流撞击位置产生椭圆状高努塞尔数区域,并且受到横流的作用沿着下游方向传热强度逐渐降低.在高温高压工况下,旋流冷却整体的平均传热强度较高,但由于对靶面冲刷的作用较强流动阻力较高.旋流冷却的综合传热因子高于冲击冷却,并且在高参数下随着雷诺数的升高,旋流冷却的优势更加明显.

高速侵彻战斗部终点弹道和引信过载特征

针对高速侵彻弹药打击地面多层建筑与深埋高价值硬目标时,引信信号识别不准的问题,建立包含战斗部外壳、炸药、引战结构、引信和目标靶板的有限元仿真模型,分析战斗部终点弹道特性、混凝土靶板侵彻破坏形态和引信动态过载特征,研究战斗部穿靶历程和战斗部速度变化、引信过载的时空对应规律。研究表明战斗部高速侵彻多层混凝土靶板在靶板上形成明显隧道区,战斗部速度呈现出显著的阶梯降低特征,在弹尖碰靶至卵型部完全入靶区间战斗部速度迅速降低,随后保持相对稳定。引信动态过载呈现高频振荡特征,在卵型部完全入靶到弹尾离靶的前1/4区间时刻处出现过载峰值。战斗部高速侵彻混凝土厚靶在厚靶上进行开坑和形成隧道区,弹尖碰靶至弹尖出靶区间战斗部速度呈现线性下降,引信过载峰值出现在弹尾入靶时刻。

脉冲气流对烯烃流化床气泡特性的影响

流化床具有良好的传热传质效率,因此广泛应用于煤粉燃烧、气力输送等场合。但是流化床在工作过程中会产生一定的恶性流动,脉冲的振动能量可以有效地提高流化床的传热系数,减少恶性流动现象发生。本文设计、搭建了烯烃流化床实验平台,通入混合脉冲气流。通过改变脉冲气流的相关参数,对静电信号进行功率谱密度函数分析。并基于静电信号估算气泡尺寸,从而获得流化床内气泡行为的变化。实验结果表明,脉冲气流的加入对气泡尺寸有一定的影响。随着脉冲频率的增加,气泡尺寸呈现先减小后增大的趋势,在脉冲频率为0.5Hz左右时气泡尺寸最小。脉冲气流加入后使得气泡尺寸减小,提高了颗粒流化效果,因此烯烃流化床内流化结束后的团聚颗粒质量明显降低。

Comprehensive Exergoeconomic Analysis and Optimization of a Novel Zero-Carbon-Emission Multi-Generation System based on Carbon Dioxide Cycle

This paper aims to conduct a comprehensive exergoeconomic analysis of a novel zero-carbon-emission multi-generation system and propose a fast optimization method combined with machine learning.The detailed exergoeconomic analysis of a novel combined power,freshwater and cooling multi-generation system is performed in this study.The exergoeconomic analysis model is established by exergy flow theory.A comprehensive exergy,exergoeconomic and environmental analysis is carried out.Five critical decision variables are researched to bring out effects on the multi-generation system exergoeconomic performance.A novel fast optimization method combining genetic algorithm and Bagging neural network is proposed.The advanced nature comparison is made between the proposed system and four similar cases.Results display that increasing the turbine inlet temperature can improve exergy efficiency and decrease the total product unit cost.The multi-generation system exergy destruction directly determines exergy efficiency and total exergy destruction cost rate.The total product unit cost in the cost optimal design case is reduced by 7.7%and 25%,respectively,compared with exergy efficiency optimal design case and basic design case.Compared with four similar cases,the proposed multi-generation system has great advantages in thermodynamic performance and exergoeconomic performance.This paper can provide research methods and ideas for performance analysis and fast optimization of multi-generation system.