狭窄通道具有针肋的表面冲击冷却实验研究

本文通过热敏液晶瞬态测量技术对狭窄空间内的光滑靶板和带有针肋扰流的表面冲击冷却展开了实验研究,射流Reynolds数范围15000~30000。实验获得了冲击靶板表面高精度的局部Nusselt数分布,通过分析获得了如下结论:1)两种靶板上的横向平均Nusselt数比Nu/(Re~(0.8)Pr~(1/3))变化趋势均几乎不随Re数变化;2)带有针肋的表面冲击冷却其端壁平均传热性能比光滑靶板高约7.0%,压力损失最大提高约17.9%;3)带有针肋的表面冲击靶板上传热驻点的分布与光滑靶板几乎一致,针肋的存在不影响横流导致的射流偏移作用;4)由于针肋显著地增加了冲击冷却系统中的换热面积,因此针肋表面的射流冲击总体传热性能会比光滑表面射流冲击显著提高。     

楔形通道换热三维数值模拟

对涡轮叶片尾缘针肋通道的换热进行了数值模拟研究。为了研究冷却叶片尾缘处正压面与背压面楔角对换热和流动的影响,在Re=1.0×104-1.0×105进行了稳态湍流三维数值模拟;为了研究冷却叶片尾缘扰流柱上下两部分在流动方向错位的距离对通道传热和流动的影响,在针肋顺排及Re=2.0×104的情况下进行了稳态湍流三维数值模拟。得出了平行通道最宜被采用以及针肋错位通道中随着针肋错位距离的增加通道的换热和压力损失都增加的结论。     

涡轮叶片前缘阵列冲击冷却流动及传热特性数值研究

本文采用SST湍流模型模拟了类前缘通道内蒸汽射流阵列冲击冷却的流动与传热特性,分析了雷诺数(Re=10000~50000)、孔径比(d/H=0.5~0.9)和孔间距比(S/H=2~6)对流动及传热性能的影响规律,得到了相应的传热和摩擦关联式。结果表明:在不同雷诺数下,d/H从0.5到0.9变化时,通道压力损失系数降低了76%~79%,靶面平均努塞尔数降低了45%~49%;S/H从2增至6时,通道压力损失系数增加了1.64~1.92倍,靶面平均努塞尔数增加了54%~64%;增大d/H、减小S/H可有效提高类前缘通道蒸汽冲击冷却的综合热力系数。本文研究结果可为未来先进燃气轮机高温涡轮叶片蒸汽冷却结构的设计提供参考和借鉴。     

涡轮叶片冷却通道高性能微小肋湍流传热的数值研究

为了提高涡轮叶片内冷通道的换热性能,针对分别带有直肋、斜肋、V肋和W肋这四种微小结构肋的冷却通道进行了数值计算并。通道宽高比为6,肋间距与肋高比为10,肋高与水力直径比为0.029。采用低雷诺数AKN k-ε模型研究了雷诺数范围从36700到60000时四种带肋通道的换热与流动特性并与实验结果相比较,发现通道换热性能和压力损失与稳态实验结果较一致。研究表明,W肋换热性能最优,其平均努塞尔数是流动充分发展的光滑通道的2.2到2.4倍,摩擦因子是光滑通道的3.7～4.0倍。其次是V肋、直肋,斜肋最低。分析流场发现直肋下游回流区最大,壁面努塞尔数在横向上较均匀,而斜肋、V肋和W肋因为二次流的存在回流区较小,壁面努塞尔数沿着肋展方向降低。     

CFETR氦冷偏滤器初步设计与分析

基于中国聚变工程试验堆(CFETR)偏滤器位形,初步设计了指状、平板和T形三种氦冷偏滤器模型,在10MPa入口氦压力、10MW?m-2稳态热负荷下,分别对其进行传热数值分析.通过优化结构设计和氦入口参数,降低了靶板工作温度,探索了三种单元结构靶板处理高热负载的能力.在20MW?m-2的稳态热负荷下,对优化后的T形和指状...     

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构,为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性,针对30?、35?和45?三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000～70000之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示,在子通道个数和雷诺数均相同的情况下,平均Nu数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加;对比30?倾角的交错肋结构,45?倾角交错肋结构的平均Nu数增加了40.7%,摩擦因子增加了204.9%,综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示,肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用,而且加强了对侧子通道间的流动掺混,从而达到强化传热的效果。     

带肋气膜冷却平板的数值模拟研究

本文对不带肋和带45°肋气膜冷却平板的三维对流换热与导热耦合传热问题进行了数值模拟。网格划分采用非结构化网格,湍流模型为SSTκ-ε模型,近壁处采用壁面函数法,采用SIMPLEC算法求解速度和压力的耦合。计算获得了不带肋和带45°肋气膜冷却平板的流场分布和平板内外表面的换热系数值。结果表明带45°肋的气膜冷却平板通道流场结构比较复杂,平板表面平均温度较无肋气膜冷却平板表面平均温度下降,而在近气膜孔区域冷、热表面平均换热系数较无肋时增大。     

石墨/铝合金复合导热板强化石蜡相变蓄热研究

本文对“三明治”结构的石墨/铝合金复合导热板强化石蜡的相变蓄热特性进行了数值研究,探究泡沫金属、平板翅片以及复合导热板三种传热结构对石蜡相变蓄热过程的影响。然后本文在石墨/铝合金复合导热板的结构基础上添加了二级翅片来强化传热。研究表明：石墨/铝合金复合导热板强化石蜡相变蓄热的性能明显优于其他传热结构,呈现出自导热板向垂直于板两侧方向递减的温度分布,使得腔体内融化最为均匀,芯片温升最小。添加二级肋片后热源温升减小了15.87%,有效工作时间延长64.68%。     

燃气透平叶栅端壁传热特性的数值研究

采用三维数值求解方法,对透平叶栅端壁区域的流动和传热特性进行了研究.利用试验数据考核了相应的数值方法,分析了网格数目和湍流模型对叶栅端壁附近流动传热特性计算的影响,比较了不同进口雷诺数和湍流度条件下端壁传热特性的变化。结果表明;马蹄涡和通道涡等二次流动直接影响端壁区传热,传热强度分布规律基本与当地流动的湍动能保持一致。湍流模型对端壁压力场的计算影响较小,但对端壁传热特性的求解的精度影响较大。采用v~3—f湍流模型能较好地预测端壁传热分布。来流雷诺数和湍流度的变化改变了端壁边界层厚度和涡系结构,使得端壁传热强度和梯度分布发生变化。     

带气膜孔内部冷却通道的流动传热特性

燃气轮机高温透平内部冷却通道中弯头、肋片和气膜孔之间存在着复杂的交互作用。本文采用瞬态液晶技术对光滑通道、无抽吸的带肋通道和有气膜孔抽吸的带肋通道的表面传热分布和沿程压力损失进行了详细测量,同时采用RANS数值模拟方法研究其流场特性。结果表明180°弯头产生的大分离是压力损失的主要因素,45°斜肋片产生的螺旋形流动在弯头与大分离交互作用明显,气膜孔抽吸破坏孔附近边界层使得肋间传热而相对集中于孔附近。在13%抽吸量条件下,气膜孔抽吸降低U型通道中压力损失约20%,同时保持传热强化程度与无抽吸工况相同。     

基于分析J-T节流制冷器局部优化设计

本文针对Hampson型J-T节流制冷器提出了肋片非等距双螺旋回热器结构,并建立相应的数理模型,从局部参数优化角度对回热器性能进行研究。在分析新型回热器损失空间分布特点的基础上,通过采用合理的非等螺距的肋片布置形式,来减少回热器的总损失和提高回热性能。本文构建了新型双螺旋回热器的BBD实验表,并数值求解和分析了各种非等间距回热器的损失与换热量分布特性。结果表明:采用合适的非等间距双螺旋回热器可以在减少材料消耗的基础上,调整高低温区域的换热负荷占比和改进损失空间分布,进一步减小总损失和提高换热量。最后验证了新型双螺旋换热器结构的合理性与有效性,为J-T节流制冷器双螺旋型换热器的优化设计和性能提升提供了新的思路。     

微槽道热管阵列散热器的传热性能实验研究

本文介绍了平板微热管阵列散热的工作原理,制作了U型微槽道热管阵列散热器,通过与无微槽道热管阵列散热器传热性能的实验对比,在平板微热管阵列、与水平面夹角为45°的微槽道热管阵列和U型微槽道热管阵列热通量及均温性的测试基础上,得到在蒸发段温度≤58℃时,U型平板微槽道热管具有良好的传热性能,在热流密度≥72 W/cm~2的情况下,弯折角度越小,传热性能越好。实验表明:U型微槽道平板热管阵列具有良好的均温性、热响应性及传热性能;微槽道能强化热管阵列的传热效果;在一定热流密度下,弯折角度越小,传热性能越好。     

周期性条件下外保温空心砖墙体传热性能的数值计算与分析

采用数值计算方法,计算分析了带外保温层结构的空心砖墙体在周期性非稳态边界条件下,墙体内部的温度分布及传热量,分析研究了不同孔型空心砖传热性能的差异,得出保温层厚度对空心砖墙体的非稳态传热性能的影响.     

平板热管内气液两相流动与传热的可视化实验研究

本文基于高速摄像仪设计搭建了平板热管气液两相流动与传热的可视化平台,开展平板热管受限空间内气液两相工质运行状态和相变传热行为的可视化观测。研究结果表明,平板热管存在突然启动和渐进式启动两种启动方式,在高充液率情况发生突然启动,而在低充液率情况下发生渐进式启动。在准稳定运行阶段,蒸发面先处于能量积累状态,随后热量伴随着核态沸腾快速释放到冷凝面,热管蒸发段和冷凝段壁面温度表现出周期性的温度脉动变化。在热量积累过程中平板热管蒸发段与冷凝端之间的传热性能弱,在核态过程中蒸发段与冷凝端之间的传热性能强。     

热板瞬态热性能分析

设计一种用相变散热来扩散热量的热管基板模块,通过热板瞬态性能实验发现热板蒸发端芯体和冷凝端芯体温度降分别占热管总温度降的86%和13%,关闭比启动时温度分布更均匀。热板达到稳态的时间主要取决于传热系数,传热系数越大,达到稳态的时间越短。蒸发端芯体是主要热阻,热板启动和关闭时蒸发端温度始终大于冷凝端温度。同时对各类散热装置进行了热阻分析,确定了热板散热器的传热优化方向。     

肋端间隙对微针肋热沉流体流动和传热的影响

本文针对微针肋顶端间隙诱导产生的加速流对流体流动和传热的影响，采用计算流体力学（CFD）模拟与分析软件进行了三维数值模拟。模型采用有限体积法离散、SIMPLEC算法进行层流计算。模拟结果表明，不同肋端间隙对针肋内部流体流动和传热特性有重要影响。在本文的模拟条件下，定流量和定泵功下的最优无量纲间隙（肋端州隙比肋茸径）分别...     

热等离子体绕流圆柱时壁面温度的影响

本文用数值解二维流动与传热椭圆型方程组的办法,在1000-3000K的范围内研究了壁温对高温电离气体绕流圆拄体传热、阻力与前驻点压力的影响。计算中采用了实际的氩等离子体物性和SIMPLER算法。计算结果表明,尽管壁温下的热物理性质数值有几倍的变化,传热量、阻力系数及前驻点压力变化不大,动量与热量交换过程主要取决于来流参数而不是壁面参数。壁温变化时,壁面处气体的温度梯度与速度梯度大小发生相应变化,流动分离点及局部传热率最低的位置也略有变化。     

热阻对液氮冷屏性能的影响研究

超导元件需用液氦降温至极低工作温度才能实现超导性能,液氦温区仅靠真空多层绝热方式无法达到理想绝热效果,采用液氮冷屏隔断液氦和环境之间的传热,能够有效降低液氦系统蒸发损失和液氦用量。为研究热阻对液氮冷屏传热特性的影响,建立了液氮冷屏热阻模型,通过理论传热计算得到了不同热阻与冷屏板温度及传热量之间的关系,利用数值模拟软件对不同热导率材料和不同板厚下冷屏板的温度分布进行了分析。结果表明,最不利热阻为接触热阻和导热热阻,采用高导热系数材料及适度增加冷屏板厚度有助于提高冷屏板温度分布的均匀性,减小接触热阻和冷屏板表面发射率有助于提高冷屏隔热性能,为改善冷屏热屏蔽效果提供依据。     

脉动流动强化换热的数值研究

对脉动流动强化凸块散热进行了数值研究,讨论了雷诺数Re,斯德鲁哈尔数St,脉动振幅A等参数对凸块散热性能和通道中压力损失的影响。数值结果表明,脉动流动加强了流体的扰动和掺混作用,增强了流体的传热能力,进而强化了凸块的散热。凸块散热的强化效果随着Re数和A的增大而增大,并且对于该模型存在最佳的St数。另外,通道中瞬时压力损失满足正弦规律变化,其周期平均的压力损失与稳态时差异不大。     

叶片尾缘内冷通道中最佳强化传热的针肋排列结构研究

本文应用湍流模型对涡轮叶片尾缘针肋通道的换热与流动进行了二维数值模拟研究。为了研究通道内针肋排列 方式对换热与流动的影响,对三种不同的针肋排列方式的通道进行了数值模拟计算。比较了顺排和叉排的区别,并提出了 一种沿流向叉排的针肋排列方式,且对各种排列的传热和阻力特性进行了综合分析和比较。