燃烧室百叶与双排孔冷气对透平端壁冷却性能影响研究

针对燃烧室与透平冷气掺混导致实际二次流发展及端壁冷却性能偏离设计值的问题,综合考虑燃烧室百叶冷气尾迹与双排孔射流,数值研究了多源冷气射流在燃烧室与透平交界区的掺混机制,分析了其对透平静叶端壁气膜冷却与流动特性的影响规律。研究结果表明:空腔涡卷吸大部分百叶冷气,并跨越双排孔冷气向下游发展,马蹄涡卷吸限制大部分双排孔冷气,并向空腔涡外侧发展;当双排孔冷气吹风比M_h=0.5,1.0较小时,马蹄涡导致冷气形成楔形高冷效区域,空腔涡的附着侧和分离侧分别产生了高、低冷效区,随着百叶冷气吹风比M_l的增加,空腔涡强度显著降低,导致位于楔形中心的分离侧冷却效率有所提升;当双排孔冷气吹风比M_h为1.5时,双排孔冷气部分跨越马蹄涡,静叶端壁可实现完全冷气覆盖,此时百叶冷气吹风比M_l从0.5增加到1.5,静叶端壁平均冷却效率可从0.4提升到0.63。该研究为考虑燃烧室与透平交界区实际流动掺混情况的静叶端壁冷却结构与布局设计提供理论基础。

涡轮叶栅双排孔气膜冷却数值模拟

采用具有三阶精度TVD性质的有限差分格式、自由型曲面技术以及分区网格算法,对某型具有冷气孔形状的涡轮叶栅进行了全三维N-S方程数值求解,描述了相邻两排冷气射流在叶栅吸力面形成的冷却气膜以及壁面附近冷却射流运动的特点,分析了不同吹风比和喷射角度情况下冷却绝热效率的分布规律。结果表明,在较大的吹风比和喷射角下,交错排列的两排冷却射流运动规律非常复杂,在两排孔之间的区域与冷气孔下游区域冷却气膜的形成规律具有明显的区别。

采用气体射流冷却润滑绿色切削技术的研究进展

论述了金属切削加工过程中采用气体射流冷却润滑的方法和理论基础,介绍了用空气、氮气、二氧化碳气及水蒸汽等气体作冷却润滑剂的绿色切削技术的研究现状。

涡轮叶栅冷气掺混数值模拟方法

采用具有三阶精度TVD性质的有限差分格式、自由型曲面网格生成技术以及分区网格算法,对某型涡轮叶栅进行了任意数目冷气孔的薄膜冷却全三维N-S方程数值求解,较为详细的阐述了冷气掺混流场中卵型涡的发展规律。结果表明,本文所开发的求解系统能够较好的实现任意分区的流场求解,对涡轮叶栅中冷气喷射流场的描述是合理的。

自制双喷电解减薄装置的设计使用

为克服现有的透射电镜试样双喷电解减薄仪的缺点,自制了双喷电解减薄装置。该系列装置完全透明,安装有放大镜,可以完全看清电解液的双喷状况,观察试样表面侵蚀减薄的全过程,随时调整,从而得到大而多的薄区;双喷部件由玻璃制成,耐腐蚀性好;冰水混合物作冷却剂,准备方便而且长时间温度恒定。对制得的多种材料的试样经过透射电镜实验,效果良好。

冷气射流对航空发动机涡轮气动损失的影响

为了研究不同射流环境对航空发动机涡轮叶片气动损失的影响,采用数值模拟的研究方法,分别考虑压力面与吸力面2种气膜冷却打孔方案,总结在不同吹风比条件下叶栅通道内部流场环境特点,以及不同流场环境下叶栅损失的变化规律。结果表明:叶栅通道内部气膜冷却射流环境分为低动能比射流环境(动能比小于1)与高动能比射流环境(动能比大于1),这2种射流环境的边界层、叶栅出口二次流损失、动能亏损情况以及叶栅出口的总压损失系数有不同的变化特点:在低动能比环境下,冷气射流会贴附壁面流动,进而影响边界层;在高动能比环境下,冷气射流直接与主流掺混。吸力面的冷气射流对叶栅气动损失有较大影响,当射流动能较大时,使叶栅总压损失变化50%以上;而压力面的冷气射流对叶栅气动损失影响很小,经过计算,压力面的冷气射流仅使叶栅总压损失系数最大变化0.64%。

钠冷快堆堆芯熔融物射流碎裂特性理论研究

在钠冷快堆严重事故下,堆芯熔融物可能掉入冷却剂中并与液态金属钠相互作用,导致熔融物的碎裂及凝固,并在堆芯捕集器或下封头内重定位形成堆芯碎片床。熔融物的射流碎裂特性直接关乎堆芯碎片床的冷却及再临界行为。本文基于线性稳定性理论、运动学方程和交界面修正拉普拉斯定律,推导出考虑沸腾和凝固效应的熔融物射流表面不稳定性增长方程,建立了液态金属钠中熔融物射流碎裂模型,并提出了典型环境中熔融物射流碎裂准则。随后使用熔融物射流碎裂模型对COSA实验结果进行了对比分析。本研究结果将为钠冷快堆严重事故的评估论证提供可靠工具,对严重事故缓解措施的设计也具有重要的指导意义和参考价值。

严重事故工况下大质量碎片床形成的实验研究

碎片床形成实验作为评估碎片床可冷却性、再熔化可能性以及冷却措施的前期输入条件,具有非常高的研究价值。本文进行了大质量碎片床形成实验研究,以氧化锆为工质开展了不同熔融物质量、射流直径、水池深度、水过冷度等因素组合条件下的实验。基于4组实验工况,获取了碎片床结构、碎片形态及尺寸分布、碎片床孔隙率等参数。结果表明:随着熔融物质量增加及水过冷度的减小,形成的碎片床中大尺寸碎片所占份额增加;在本实验装置条件下,碎片床平均孔隙率为0.345。本文结果可对碎片床的可冷却性及再熔化研究提供支持。

熔融液柱与冷却剂作用中液柱碎化预测

液柱碎化是熔融物和冷却剂相互作用(FCI)粗混合阶段的关键物理现象,在安全分析时需建立液柱碎化模型。本文将实验验证和理论分析相结合,开展了高温熔融液柱与冷却剂相互作用实验;建立了不同沸腾条件下的液柱表面膜态沸腾模型和液柱表面不稳定波生长模型;再考虑不稳定波断裂和熔融物的脱离,构建起完整的熔融液柱水力学碎化模型。用该水力学碎化模型对不同沸腾条件下的熔融液柱碎化行为进行了预测。预测结果表明,实验得到的碎片中位直径和碎裂长度与模型预测结果符合较好,且能进一步应用于典型反应堆原型材料FCI实验的液柱碎化预测。

涡轮叶片前缘气膜冷却数值模拟

对具有双排气膜孔的涡轮叶片前缘进行了气膜冷却数值模拟,在吹风比M为0.5,1.0的情况下得到了相邻两排孔的流场和气膜冷却效率的分布规律,并将计算结果与实验进行了对比分析.结果表明:①在不同的吹风比下,两排孔的冷气射流运动非常复杂,冷却效率沿流向的分布都是非线性的;在M为1.0时,25°的小角度喷射气膜冷却效果较好.②利用两层k-ε湍流模型比传统的k-ε湍流模型数值预测的精确度高,可较好地模拟叶片前缘的气膜冷却特性.