带扰流圆柱肋楔形通道的流动与换热数值研究

建立了带扰流圆柱肋楔形通道内的换热与压力损失数值计算模型,采用ANSYS-CFX商用软件数值研究了楔形通道内叉排和顺排柱肋的换热与压损特性,分析了流动与结构参数的影响规律。结果表明:随雷诺数的增大,柱肋表面、柱肋排以及通道底面的平均努赛尔数呈增大趋势;随着x/D的增大,柱肋表面和柱肋排的平均努赛尔数有所降低;随着楔形通道收缩角的增大,柱肋表面和通道底面的平均努赛尔数略有增强;相同条件下的叉排柱肋换热效果要好于顺排柱肋换热效果。范宁摩擦系数随雷诺数增加而略有增大,随x/D增大有较大的降低,随着收缩角的增大而增大。在计算参数内,叉排柱肋且x/D为1.5时的热力性能系数最高。

燃气轮机透平叶片传热和冷却研究:内部冷却

随着燃气轮机透平进口温度的不断提高,其换热与冷却问题已然成为现代高性能燃气轮机研发中亟待解决的核心关键技术之一。透平叶片的冷却可以分为内部冷却和外部冷却,结合作者近年的研究工作,详细综述了燃气轮机透平叶片内部换热与冷却问题的研究现状与进展,着重介绍了叶片内部蛇形通道冷却、叶片内部冲击冷却和前缘的旋流冷却及尾缘柱肋冷却,指出了它们各自在相关方面需要进一步开展的工作。其中:在蛇形通道冷却方面,需要进一步研究旋转状态下蛇形通道内流动与换热特性、发展高性能的扰流装置及通道弯头结构、设计新颖高效的叶顶内部冷却结构、获得带气膜孔或冲击孔的蛇形通道内的换热与冷却特性;在叶片前缘内部冲击冷却方面,需要研究不同曲率面上的冲击冷却换热特性、旋转条件下的冲击冷却以及冲击气膜复合冷却特性;在旋流冷却方面,需要对其结构参数的影响开展进一步的广泛研究,并开展旋转状态下旋流冷却特性的研究;在尾缘柱肋冷却方面,需要进一步研究复杂流场下柱肋阵列通道中的流动换热与众敏感因子之间的关系。

基于遗传算法的燃气轮机叶片内部柱肋蒸汽冷却通道的优化分析

针对叶片尾缘内部柱肋冷却方式进行数值仿真和优化分析。采用CFX软件进行数值仿真计算,建立圆形柱肋、水滴形柱肋和正方形柱肋3种柱肋形状下,不同柱肋间距的矩形通道模型,验证数值模型的正确性以及网格无关性。分析了顺排和叉排的排列方式下,柱肋形状和柱肋间距对下底面努塞尔数以及整个通道内压力损失的影响,最后通过MATLAB的遗传算法对仿真结果进行优化。研究表明:柱肋模型中,横向和纵向柱肋间距最小时,换热效果最佳,压力损失最大;在顺排和叉排中,正方形柱肋对通道的换热强度的提升效果最明显,圆形柱肋提升效果最小。

基于MRV的菱形肋柱冷却通道三维全流场分析

在研究核磁共振成像测速(MRV)技术测速核心方法的基础上,成功实现了在10 min内对大宽高比肋柱通道200×100×25个空间点上三维全场速度的测量,并对流场结构进行了深入的解析。将MRV测得的通道中心截面速度分布与粒子成像测速(PIV)的实验结果进行了对比,两者吻合良好。利用MRV测得的空间三维速度分布解析了菱形肋柱与端壁附近复杂的三维流场与涡量场,发现端壁附近流体靠近肋柱时,先向下冲击端壁,仅在肋柱前缘两侧形成马蹄涡,随后绕过肋柱两侧尖角处向上抬升,端壁边界层内的涡,迅速演变为肋柱两侧尖角附近以及下游的剪切层涡。