椭圆形扰流柱冷却通道流动与换热数值研究

采用数值计算方法对涡轮叶片椭圆形扰流柱排冷却通道的流动和换热进行了研究,得到了排列间距、迎角、椭圆长短轴之比等因素对冷却通道流动和换热性能的影响.在相同截面积和排列方式条件下,椭圆形扰流柱迎角为0°时,分析结果表明,椭圆形扰流柱冷却通道压力损失系数约为圆形扰流柱通道的51.7%,平均努塞尔数约为圆形扰流柱通道的83.75%;长短轴比为5/1.8时,压力损失系数仅为圆形扰流柱通道的(长短轴比等于3/3)28.1%～35.5%,平均努塞尔数为圆形扰流柱通道的71.1%～75.06%.

不同实度扰流柱阵列的流动与换热特性研究

采用剪切压力传输SST k-?湍流模型对3种不同实度扰流柱阵列的换热效果与流动特性进行数值模拟。根据冷却流体的流场结构,分析扰流柱实度对冷却通道内传热性能及压力损失系数的影响规律。结果表明:随着扰流柱阵列实度等级的增加,冷却气体动能降低,其流向速度呈周期性分布,通道内端壁面积缩小,但低温区域所占面积比重明显增大;扰流柱阵列的平均换热水平随进口雷诺数的增大呈指数上升趋势,高实度的扰流柱换热效果更佳,且在流场上下游分别出现换热峰值;冷却通道的整体压力损失系数随进口雷诺数的增大呈指数下降分布,高实度通道下降速率最大,其整体压力损失系数在高雷诺数阶段达到最低,在流向上沿程压力损失系数呈先降后升趋势。

矩形与收敛通道内高实度扰流柱换热特性研究

采用SST k-ω湍流模型,对矩形与收敛两种通道内高实度(45%)圆形扰流柱的传热与流动特性进行数值模拟。通过比较两种通道内的流场结构,分析其内部冷却气体的流动机理,进而探求扰流柱阵列的传热性能与压降变化。结果表明:通道类型对内部流场结构有很大影响。收敛通道内流体的速度相比矩形通道的呈现沿程增加的趋势,其对自身的流动损失及换热效果影响加大;两种通道内扰流柱的平均换热水平随进口雷诺数的增大均呈指数上升趋势,相比较收敛通道的更高,但差距逐渐缩小;两种通道的整体压力损失系数均呈指数下降趋势。同一进口雷诺数下,矩形通道在中游出现换热峰值,收敛通道的换热效果沿流向持续提升,两者虽在相同排列产生换热波动点,但单排换热差距逐渐增大。矩形通道内单排扰流柱压力损失系数沿流向先降低后升高,收敛通道内则持续上升。