三角形涡发生器对流换热特性的实验研究

采用热质比拟萘升华技术对三角形涡流发生器的对流换热特性进行了实验研究，得到了平均和局部对流换热系数。实验结果表明：（1）在矩形通道内安装三角形涡发生器有利于强化传热。强化幅度为10％～30％；（2）在实验雷诺数范围内，冲击角对三角形涡发生器对流换热特性有显著影响，并且存在一个最佳迎流冲击角60°；（3）几何尺寸是重要影响因素。随高度的增加，对应的Nu数也随之提高。

三角形涡发生器综合换热性能全局优化和知识挖掘

为了强化布置三角形涡发生器的U型通道综合换热性能,耦合基于子元模型的全局优化算法、三角形涡发生器参数化方法、三维RANS方程求解技术与基于总变差分析的知识挖掘技术,建立了高效的三角形涡发生器综合换热性能优化与知识挖掘方法。在验证本文数值方法正确性的基础上,以综合换热性能最优为目标函数,对布置于U型通道内的三角形涡发生器进行设计优化与知识挖掘。优化后,最优设计的三角形涡发生器诱导产生的下洗涡对的强度和间距增加,使得U型通道的综合换热性能相对提高了14.5%。同时对设计空间进行知识挖掘,筛选对综合换热性能影响显著的设计变量,分析显著变量对目标函数的影响机制。结果表明:三角形涡发生器的高度对通道换热能力和阻力损失的影响最为显著,而三角形涡发生器的宽度对通道综合换热性能的影响最为显著。

三角形涡发生器增强U型通道换热性能研究

将三角形涡发生器及导叶结构应用于U型通道中,以提高燃气轮机高温叶片内部换热性能。在验证分析方法正确性的基础上,数值研究了采用不同结构时U型通道内的流动及换热特性。与典型的布置斜肋的U型通道不同,三角形涡发生器通过诱导产生下洗涡对,从而有效地强化U型通道的换热能力。而将导叶布置于U型通道转折处,可进一步提高三角形涡发生器在U型通道流出段的换热性能,并降低通道的阻力损失。和典型的布置斜肋的U型通道相比,在不同雷诺数下带导叶且布置三角形涡发生器的U型通道内换热的均匀性显著提高,在通道换热能力相当的情况下,阻力损失显著降低,综合换热性能提高20.0%左右。

基于Kriging的不确定性量化及鲁棒性优化的研究

基于Kriging代理模型,提出了适用于多维、不同概率分布的不确定性量化方法。耦合自适应多目标差分进化算法和RANS方程求解技术,建立了鲁棒性优化设计框架。在数值验证基础上,考虑进口雷诺数和倒角半径的不确定性,以综合换热性能的均值最大、方差最小为目标,完成了内冷通道三角形涡发生器强化换热鲁棒性优化设计。最优设计的平均综合换热性能提升超过11.5%,且性能对不确定性变量的敏感度显著降低。最后,通过流场分析揭示了最优设计换热性能提升的主要原因。