倾斜椭球凹陷阵列湍流强化传热实验与数值分析

为了提高涡轮叶片内部通道对流传热性能,本文基于瞬态液晶热像技术分别针对矩形通道表面排布的球形凹陷和斜椭球凹陷阵列的传热和压力损失特性进行了实验研究。在雷诺数为1×10^(4)~6×10^(4)内,与基准球形凹陷相比,平行排布和V形排布的斜椭球凹陷总体传热分别增强了23.8%~33.8%和104%~121%,V形排布的斜椭球凹陷综合传热性能显著提高了25%~68.3%。通过数值模拟发现,平行排布的斜椭球凹陷虽然可以诱发更强烈的二次流,但是平行的排布方式使下游凹陷受到来自上游凹陷升温后的流体冲刷,因此限制了传热的进一步增强。V形排布的斜椭球凹陷通过诱发大尺度的纵向涡对将来自主流的冷流体输运至壁面,冷流体直接冲击壁面并与近壁流体剪切,极大地增强了对流传热。

涡轮叶片内部多通道微小扰流肋冷却流动传热实验研究

在涡轮叶片内冷多通道中布置微小扰流肋是一种高效的强化换热措施。本文开展了具有三个弯折通道的涡轮叶片内部冷却结构流动压力损失和传热实验,该冷却通道的单侧面和双侧面布置有W形微小肋。通过开展稳态流动传热实验,获得了雷诺数为8500~60000时的平均换热和沿程流阻特性.在单侧面肋化通道中,W肋在第一流程换热最差,而在第三流程换热最好;通道双侧面布置w肋时,通道内的换热能力都获得增强,三个流程分别比光滑通道提高了0.5~1.4倍、1.5~1.7倍和1.9~2.1倍,但流动阻力明显增大。通过开展瞬态液晶热像传热实验还表明,W微肋板表面在第二流程换热强度分布主要受气流转折作用的影响,气流因转折引起的剧烈掺混使湍动能更高,有效地强化了第二流程表面的对流换热能力。

涡轮叶片内冷通道高性能肋流动与传热

涡轮叶片内部冷却通道内壁面布置扰流肋是一种高效的强化传热措施.本文在8500~60000雷诺数范围内,对直肋、斜肋、V肋和W肋开展实验研究,得到了四种肋的换热和流阻特性.实验结果表明:1)W肋具有最高的平均努塞尔数,是光滑通道充分发展流动传热性能的2.2~2.6倍,其次是V肋和直肋,而斜肋的传热性能最低,约是光滑通道的1.7倍;2)W肋表现出最大的流阻性能,是光滑通道的2.5~3.7倍,其次是V肋和直肋,而斜肋流阻最小,约为光滑通道的1.8~2.5倍。W肋具有最优的综合热性能,而直肋的综合热性能最低。另一方面,本研究还通过瞬态液晶热像技术获得了W肋表面详细局部传热分布,实验结果表明W肋中间的顶点迎风区域是强换热区,该区域与气流相互作用,热边界层较薄,有效强化了换热能力。