涡轮叶片内冷通道的磨料流光整加工特性

航空涡轮叶片内部的多冷却通道多采用消失模铸造等方法制造,其表面粗糙度较高,冷却效率低,内部流道截面小且呈S形弯曲狭长分布,不容易抛光。用Polyflow软件对叶片内冷通道进行仿真,研究其内部压力场、速度场的变化情况。在工件的4个典型区域进行S形内流道加工试验,研究表面粗糙度与材料去除量的变化规律。结果表明:经仿真,压力下降的幅度沿流动方向逐渐变小,速度由通道中心向壁面逐渐减小;相同试验条件下,S形流道转弯处的表面粗糙度比直流道处的低;流道内存在沿程压力损失,区域A比区域D的材料去除量大4~5倍。

射流冲击对内冷通道侧壁面换热特性影响研究

建立了前缘梯形内冷通道的放大模型,结合斜射流冲击冷却进行试验测量,研究通道内壁面的换热特性,并结合流场测量结果进行换热分析,更好地理解此类受限通道内冲击冷却的强化换热机理,为更高效的内冷通道设计提供参考。使用热电偶对出流侧壁面温度进行了详细测量,研究射流角度、横流和射流雷诺数对其Nu的影响规律。结果表明:出流孔的抽吸作用会强化孔排上方和下方边缘附近壁面的换热;射流入射角度的增加使出流孔上方壁面的Nu峰值对横流强度变化的敏感度提高;横流会削弱侧壁面上Nu峰值,且对出流侧壁面的不同区域换热情况的影响位置不同;射流雷诺数的增加将大幅提高整个出流侧壁面的换热能力,但对其换热特性规律不会产生影响。

带肋和气膜孔内冷通道换热机理研究

采用SST k-ω紊流模型,求解三维N-S方程,对带90°肋和气膜孔的矩形通道在入口雷诺数为5×104,气膜孔总出流比为0.22、0.14、0.09和0时进行了换热特性的数值模拟。分析了扰流肋和气膜孔出流使换热增强的机理。结果表明,带肋和气膜孔的通道流场非常复杂,肋和气膜孔出流都会使换热增强。单独带气膜孔的通道,气膜孔出流对上游边界层有抽吸作用,使边界层变薄,导致气膜孔上游区域换热增强;抽吸同时使上游流体发生向下的弯转,冲击气膜孔下游表面,导致气膜孔下游区域换热增强;单独带肋的通道,肋的扰流使换热显著增强;同时带肋和气膜孔的通道,肋是换热强化的主要因素,气膜孔的出流对换热影响较小。

层板内冷通道辐射换热影响

分析了层板换热过程,使用了"去除复杂表面"和"无限大平板"等假设,给出了该假设下层板内腔辐射换热计算公式.又以一特定几何结构的层板模型为例,使用了3维流体力学计算程序求解了流-固耦合情况下的层板内部换热过程,研究了其在4种航空发动机典型工作状态下,内冷通道中的对流和辐射换热情况,得到了辐射与对流换热强度之比θ随冷气入口Re数和燃气加热功率的变化曲线,并对该曲线进行了指数拟合.建立了一套快速简捷计算层板内腔辐射状况的方法,为层板内腔换热研究是否应该忽略辐射,以及对层板冷却效果的修正,提供了一定的判断和计算依据.

内冷通道横流对气膜冷却效率的影响

在吹风比（Br）为0.5～2.0、横流比（Cr）为0～3.0范围内,采用数值模拟方法研究了内部冷却通道横流对单排圆柱形气膜孔气膜冷却特性的影响.相比于基准的无横流进气方式,横流进气诱导冷却气流在气膜孔内形成旋流流动,使得气膜射流与主流的相互作用更为复杂.横流比的影响在不同的吹风比下有较大差异：在较小的吹风比下,横流比小于1.0的气膜绝热冷却效率略高于无横向进气的基准情形,而横流比大于2.0的气膜绝热冷却效率相对基准情形有一定幅度的下降;在较高的吹风比下,横流进气带来气膜绝热冷却效率的增强,横流比为2.0的气膜绝热冷却效率相对较高.在大横流比下,随着吹风比的增加,气膜在展向的覆盖范围明显扩大.

矩形肋片导流角度对内冷通道流动与换热特性的影响

利用数值模拟方法分析了矩形仿螺旋肋片内冷通道中肋片导流角度对内冷通道三维流场特性、换热特性以及流动阻力特性的影响。数值计算结果表明,肋片导流角度对内冷通道的流动与换热特性具有较大的影响,流场中冷却介质螺旋流动的强度随着肋片导流角增大而增强,肋片导流角度越大则内冷通道的换热强度越强,同时通道中流动阻力也明显增大。从内冷通道的综合换热效果来看,当肋片导流角度为7°时,矩形仿螺旋肋片内冷通道的综合换热效果最好。

温度比对叶片内冷通道对流传热影响的数值研究

为了提高涡轮叶片内冷通道流动传热计算精度,首先讨论了大温差下空气物性不同计算方法间的差异,并通过与管内常用传热经验关系式结果的对比,研究了不同定性温度取值方法和湍流模型对数值模拟结果的影响。在此基础上侧重研究了大温差对光滑圆形内冷通道内的流动传热的影响,温度比变化范围0.5～0.9,通道Re数范围20 000～60 000,得到了传热Nu数和温度修正因子随温度比与Re数的变化数据和拟合关系式。结果表明采用截面平均流体温度定义传热系数和采用Realizable k-ε湍流模型可使局部和平均传热系数与Gnielinski公式结果符合良好。大温差对通道传热的影响显著,Nu数最大降幅可达30%。计算显示温度修正因子随温度比的减小而减小,随Re数的增大而减小。

楔形仿螺旋肋片内冷通道的流动与换热

利用有限体积法对三维不可压缩的N-S方程进行离散,对上下表面带有错排间断性楔形肋片且对置的仿螺旋内冷通道进行了数值模拟。网格划分采用非结构化混合网格,湍流模型为kε-两方程模型,在近壁面处采用标准壁面函数法进行处理,速度和压力的耦合采用S IM PLE算法。计算获得了楔形仿螺旋肋片内冷通道在楔形肋片与主流方向夹角分别为0°、15°、30°时的三维流场分布。结果表明楔形仿螺旋肋片内冷通道的流场结构比较复杂,通道内流体流动达到了预期的仿螺旋流动效果。通道的平均努谢尔数随楔形肋片与主流夹角的增大而呈增大趋势,通道换热强度得到了明显的提高,但同时流动阻力也显著增加。

下缘板孔对涡轮叶片尾缘内冷通道流动换热影响的数值研究

涡轮叶片下缘板出气孔对内冷通道的流动和换热性能有较大影响。通过数值模拟方法研究下缘板出气孔对尾缘和下缘板双路出气涡轮叶片尾缘内冷通道内的流动和换热特性,对比分析孔径、孔形和孔位置对尾缘溢流孔流量系数、尾缘出流比、尾缘通道内总压系数和尾缘内冷腔壁面换热特性的影响。结果表明:下缘板出气孔孔径对流量系数分布的影响显著,孔径增大,尾缘溢流孔流量系数下降,尾缘出流比减小,尾缘内冷通道内压力损失降低,内冷腔平均换热系数增大;孔形对上游内冷通道内流动和换热几乎没有影响;孔位置变化对内冷通道壁面整体的换热系数影响很小,对局部影响较大。

八面体桁架结构在内冷通道中的流动传热特性研究

为探究八面体桁架结构在航空发动机热端部件内冷通道中的可应用性,掌握八面体桁架结构的流动传热特性,采用理论推导和三维数值模拟的方法,对八面体桁架单体的有效导热系数以及八面体桁架阵列结构的流动结构和传热性能开展了研究。首先,针对八面体桁架单体结构,推导出了考虑节点效应的有效导热系数关系式,并通过与数值计算结果对比,验证了其有效性。其次,针对八面体桁架阵列结构,开展了整体结构的三维数值计算,分析了其内部通道的流动结构和温度分布,获得了不同结构的流动阻力和对流传热系数随雷诺数的变化规律。最后,考虑到结构的综合传热性能,本文针对不同孔隙率的八面体桁架阵列结构,进行了基于相同泵功率下努塞尔数的对比。根据计算结果,本文给出了获得最佳传热性能的无量纲直径0.07~0.08,相应的孔隙率变化为0.872~0.841。分析其原因,由于随着结构孔隙率的减小,即固体率的增加,对流传热强度不断提高,然而,当孔隙率减小到84.1%以下时,由于内通道中流动阻力骤然增大,导致传热效率降低。将八面体桁架结构应用于航空发动机热端部件内冷通道中,是同时出于高效冷却和力学性能的考虑,本文掌握八面体桁架阵列结构的流动传热特性,为其在实际工程中的应用提供了理论支撑。

CFD方法在预测柴油机内冷通道活塞温度分布方面的应用

随着柴油发动机向低排放、高功率方向发展,活塞承受的热负荷越来越高。为降低活塞的热负荷,现在的柴油发动机大多采用带内冷通道活塞。内冷通道改善了活塞的热负荷分布,但也为预测活塞温度分布带来了难度,采用计算流体力学(CFD)的方法可精确预测出活塞的温度分布。

基于PLC和气液技术对活塞内冷通道清洗的改进研究

针对目前活塞内冷通道的清洗仅使用高压水液对左右通道交替清洗,容易造成内冷通道残留铝屑或异物,可能导致发动机活塞卡死、拉缸,造成废品率较高的问题,提出了一种基于PLC和气液技术控制高压气液轮流冲洗发动机活塞内冷通道的方法及装置,该改进方法及装置解决了现有的高压水清洗活塞内冷通道技术存在容易造成活塞的内冷通道残留金属屑或异物、废品率较高等问题,提高了清洗产品的合格率。

内冷通道活塞磷化后点状腐蚀机理及解决措施

本文针对内冷通道的活塞,黑色磷化后出现的微孔腐蚀进行了原因分析,并对如何解决该问题提出了有效的措施。

高旋转数内冷通道换热实验技术及验证

通过内冷通道换热理论分析及实验系统优化,获得了使内冷通道内气体压力保持在500kPa以上的高旋转数实验技术.旋转数和雷诺数的范围分别为0-2.08,10^4-7×10^4,极大满足了旋转数与雷诺数同时覆盖真实发动机涡轮叶片工作参数的实验需求.证实了雷诺数和旋转数对内冷通道换热的影响可以解耦.而应用该实验技术进行同等旋转数实验时,内冷通道热损失占总加热量的比例和实验误差分别降低到18%和±10%.

气膜内冷通道高度对气膜孔流量系数的影响

以一种基于旋流增益的强化换热技术为研究对象,对狭小受限的气膜孔内冷通道中气膜孔的流量系数开展了试验研究.试验中通过改变气膜孔雷诺数Re(4800～26000)、吹风比M(0.36～2.74)、无量纲冷却通道高度h/d(0.33～2.0)等参数,研究了狭小空间的几何结构、流动参数等对单排气膜孔平均流量系数Cd的影响,并得到了相关的经验准则关系式.试验发现:在主流雷诺数不变的工况下,随着气膜孔雷诺数的增加,流量系数逐步增加.在给定气膜孔雷诺数下,随着吹风比M的变大,气膜孔流量系数逐步增大.当h/d减小后,气膜孔流量系数随之逐渐降低.当气膜孔雷诺数大于9 500时,h/d的变化对气膜孔流量系数的影响尤为显著.

微涡喷发动机主轴内冷通道传热数值研究

对推力为100 N,转速为1×105r/min的微型涡喷发动机BUAA100的特点进行了介绍,然后对该发动机的主轴内冷通道基于Navier-Stokes方程和能量方程建立了计算模型,采用迭代法解决了前螺母简易离心泵进口边界条件和通道下游边界流动、换热相互耦合的问题,进行了数值模拟研究.给出的主轴内冷通道、简易离心泵创新设计方案和数值研究方法,可供其它微发研究参考.

船舶燃气轮机冷却涡轮叶片内部带肋冷却通道颗粒沉积特性研究

为了探究船舶燃气轮机冷却涡轮叶片内部冷却通道内肋片角度的改变对颗粒沉积特性的影响,以7种不同肋片角度及1种弯头处加导流片的肋结构作为研究对象,运用CFD数值模拟对比分析各种冷却结构的流动换热性能以及颗粒沉积特性。结果表明:当肋片角度改变时,内部通道的流动换热和弯头壁面的沉积率存在很大差异。肋片角度为45°的内部冷却通道的换热性能相比于换热性能最差的E型肋的平均努塞尔数高了25%;肋片角度为60°时,弯头壁面和弯头后壁面的沉积率最低;肋片角度为90°时沉积率最高;肋片角度为135°时换热性能最差,弯头壁面沉积率最低。肋片角度的改变对弯头侧壁的沉积率和各个部分的撞击率无显著影响,但是增加导流片可以有效降低弯头壁面的捕获率和沉积率以及弯头侧壁的沉积率、撞击率和捕获率。

带60°肋和气膜孔矩形通道换热研究

采用非结构化网格和realizablek-ε紊流模型,求解三维N-S方程,对带60°肋和气膜孔矩形通道在入口雷诺数9×104,气膜孔总出流比为0.22时进行了换热特性的数值模拟。带气膜孔的壁面换热特性和实验数据吻合的很好,在此基础上,分析了其它各个壁面的换热特性。结果表明,带肋和气膜孔的通道流场非常复杂,扰流肋的存在使各壁面的换热都得到了增强,但增强幅度的差别较大。换热最强的区域并不是带肋的上下壁面,而是光滑的右侧壁面。

高旋转数下45°斜肋回转通道平均换热特性研究

为了更加深入地研究涡轮叶片回转通道的换热特性，研究了高旋转数下带45°斜肋回转通道的平均换热特性。在通道进口雷诺数从10000～70000，旋转数从0～2.07的范围内，实验研究了旋转状态下，方形截面带45°斜肋U型通道径向出流与径向入流两个流程四个侧面在0°，22.5°和45°三个安装角下的平均换热系数。研究结果表明：45°斜肋增强了通道换热，减弱了旋转对换热的影响；由于浮升力作用在肋间二次流上，导致通道内外侧出现临界回流现象；转角减弱了第一通道旋转对换热的影响，增强了第二通道旋转对换热的影响，其影响在低旋转数下并不显著，在高旋转数下开始变得明显。

不同宽高比旋转方形通道内部流体流动与换热的数值研究

分析了不同宽高比截面的燃气轮机涡轮叶片内冷径向出流通道模型,对其内部流体的流动与换热进行了数值模拟,计算工况为Re=25 000、密度比Δρ/ρ=0.13、旋转数Ro=0.24。对比不同宽高比通道的计算结果得出:小宽高比的通道能够强化主流速度型向后缘的偏移,并且可以强化通道后缘表面的换热;在大宽高比的通道中,主流速度型向后缘的偏移减弱,哥氏力二次流漩涡向两侧偏移明显加剧,通道后缘表面的换热被削弱,通道前缘的换热有所增强。