湿燃气透平叶片热流固耦合换热特性的数值研究

为评估湿空气透平循环中湿燃气对透平叶片燃气侧换热特性的影响,以及湿空气对透平叶片冷却效果的影响,以C3X叶片为例,采用热流固耦合的数值计算方法,研究了湿燃气含湿量对透平叶片表面温度和传热系数的影响,对比分析了干空气与湿空气冷却效果的差异.同时在研究范围内给出了透平叶片燃气侧传热系数的无量纲关系式,为湿化燃气轮机透平叶片的优化和冷却结构设计提供参考.结果 表明:湿燃气含湿量对透平叶片燃气侧的流动性能基本无影响;当湿燃气含湿量从0 g/kg增加到150 g/kg,主流进口温度为1473 K时,透平叶片表面平均传热系数增加10％,且增加幅度随着主流进口温度的升高而增大,叶片表面最高温度平均提高10 K;与干空气相比,湿空气作为冷却工质时的叶片表面温度更低,冷却效率更高,且冷却效率随着湿空气合湿量的增加而提高.     

涡轮叶片在空气和蒸汽两种冷却介质下冷却性能的对比分析

使用气热耦合的方法对某实际涡轮第一级空冷导叶叶片在使用空气和蒸汽两种冷却工质情况下分别进行了数值模拟,并对结果进行了对比分析。研究结果表明:在相同温比情况下,消耗相同的冷却工质质量流量时,使用蒸汽获得的冷却效率可以比使用空气时提高约0.1,但对主流的干扰相对较大;在获得相近的冷却效果时,蒸汽的消耗量仅需空气的60%左右,对于主流的干扰也相对较小。所建模型在空气冷却条件下进行了实验验证,结果吻合较好。     

阵列射流冲击冷却换热特性的数值研究

运用数值计算的方法对不同流动取向的多排孔冲击射流冷却特性进行了三维模拟,并对有初始横向流的多排孔冲击射流冷却特性进行了数值研究,揭示出射流雷诺数、流动方向、初始横向流对冲击冷却传热特性的影响规律。结果表明:研究范围内,射流雷诺数越大,冲击靶面换热效果越好;冲击腔室两端都设为出口时努赛尔数峰值所对应的射流驻点区向下游偏移最小且换热效果最好;当横流雷诺数与射流雷诺数之比大于0.5之后,有横流时的冲击射流冷却局部努赛尔数比无横流时有较为显著下降。     

涡轮叶片冷却数值模拟进展

本文概括总结了近年涡轮叶片冷却数值模拟的研究成果：对通道内部对流，总结了哥氏力和浮升力对Nu数和温度分布规律的影响；对于气膜冷却，总结了不同紊流模型情况下，叶片表面的Nu数分布以及各种紊流模型在模拟流动和换热方面的优劣；对于冲击冷却，总结了冲击各种表面情况下，滞止和平均Nu数分布规律和冷却效率对冲击距离设计的影响。了解了涡轮空冷叶片的数值模拟的现状，为今后空冷叶片的数值模拟提供一定的指导。     

微通道预冷器振动与换热特性研究

航空发动机对空气预冷器的换热性能和结构的紧凑度要求很高,因此对于微小通道结构换热特性和稳定性的研究就显得尤为重要。本文针对某发动机预冷器的微通道换热器,建立了三维可压缩流体横掠叉排管束的壳程热流固耦合模型,采用ADINA有限元软件,对预冷器管束的振动和换热性能进行了瞬态分析,还针对预冷器管束结构进行了模态分析。研究了管外流体速度、温度和管束振动之间的相互影响机制。研究成果可望对预冷器的结构设计及其可靠性起到指导作用。     

流向微槽对涡轮叶片冷却通道内流动及换热特性的影响分析

在综合流向微槽表面流动及传热特性的基础上，结合涡轮叶冷却通道内的流动和换热特性，提出了将流向微槽表面应用于涡轮叶片的冷却通道，分析研究流向微槽的影响，以期为涡轮叶片的冷却寻找更有效的技术。     

阵列射流冲击冷却换热系数的数值研究

采用数值模拟方法对冲击冷却的流动和传热过程进行了三维数值研究.特别研究了在冲击孔叉排方式下,相邻孔间距、冲击距离以及射流入口雷诺数对冲击表面冷却流动传热特性的影响规律.     

回流式冷却叶片流热耦合数值分析

建立了某型回流式涡轮冷却叶片流热耦合分析模型,采用P-1辐射模型将辐射热流作为源项加入到方程中,对未考虑辐射和考虑辐射的不带热障涂层冷却的叶片进行了流热耦合分析,结果发现,占总燃气质量流量3.76%的冷却气体可以使回流式冷却结构对叶片的降温达到200 K。在入口最高温度为1 655和1 555 K时,通过对两种计算模型下叶片温度分布的比较,发现辐射对叶片壁面温度的影响具有显著性,回流式冷却叶片较易在尾缘叶尖位置形成最高温度点。     

蒸汽喷入低温水中换热过程的数值模拟

利用Fluent模拟得出蒸汽-水直接接触换热过程中流体的温度场和速度场的分布。在此基础上,研究分析了变蒸汽压力、初始水温、喷汽管入口深度、喷汽角以及多孔充汽等工况对蒸汽-水直接接触换热效果的影响。研究表明:喷汽管口位于中间位置处时,无量纲温度最大且换热效果最佳;其次中间下部区域优于中间上部。喷汽角对换热有着双重影响,其最佳值受实际装置和流体物性等众多因素影响可以确定的是在60°和30°附近位置处换热效果最好。     

基于Comsol Multiphysics的通水冷却热流耦合数值分析

当前针对大体积混凝土通水冷却热流耦合问题的数值分析还存在许多不足,面临着简化较多、精细模拟十分困难的局面。为此,基于Comsol Multiphysics多场耦合有限元软件中的流体流动模块和传热模块,进行了通水冷却热流耦合精细化数值分析,将计算结果与理论解、通水冷却等效算法进行对比,验证了Comsol耦合精细化算法的正确性和可行性。结果表明,Comsol耦合精细化算法在模拟水管沿程温度变化和水管附近的温度值变化方面比等效算法更加精确,更能体现真实的温度梯度,为后续的热应力分析奠定了基础。     

基于流热耦合的燃气轮机透平叶顶冷却设计

燃气轮机透平叶顶区域存在复杂的流动和换热问题,承受很高的热负荷。为了降低透平动叶叶顶温度,在透平叶顶现有结构的基础上提出气膜冷却和气膜+内冷通道冷却两种叶顶冷却方案,并通过流热耦合计算分析冷却升级前后叶顶区域的换热和流动特性。研究发现：叶顶气膜冷却方案可有效降低叶顶温度,特别是叶顶前缘至中弦区域;而气膜＋内冷通道冷却方案基于外部气膜冷却,结合内部冷却通道设计,可进一步降低叶顶尾缘的温度;与原型叶片相比,气膜+内部冷气通道的复合冷却设计可以使叶顶尾缘最高温度降低24 K。     

套管换热器对流换热的数值模拟研究

本文建立了一种复杂的数学模型用于预测套管式换热器内流体的流动及传热特性。数学模型包括计算流体力学模型和计算传热学模型。其中,计算传热学模型中的湍流扩散系数是利用温度方差t2和温度方差耗散率εt来求解,而不是利用通常采用的Pr数假设值或实验测定值来求解。为验证新建立模型预测结果的准确性,本文将数值模拟结果与文献中的实验结果进行了比较,结果吻合较好。     

滑移流区纤维束蓄热体换热性能数值研究

随着蓄热体基础部件的尺寸细小化,玄武岩蓄热体的纤维直径微小,顺排排列后,内部形成微细流道。为探究微尺度下产生的尺度效应对玄武岩纤维束内部流道流动和传热的数值模拟的影响,建立了蓄热体的二维层流模型。通过Ansys 17.0 fluent中的UDF函数添加了滑移边界条件,以添加滑移边界条件前后的壁面努塞尔数(Nu)减小百分比为评价指标,对比分析二维纤维束微流道的数值模拟中,滑移边界条件对不同工况下流固换热的影响程度。模拟结果表明：随着温度和间距的增大,添加滑移边界条件后的Nu下降程度会增大;随着纤维排数和入口速度的增加,Nu下降程度会减小;纤维束直径d为20μm,排数小于5排,中心间距超过3 d时,添加了滑移边界条件的Nu的降幅达到了1%以上,在数值模拟中不可忽略滑移流区的影响。     

波节管纵向逆流换热性能的三维数值模拟研究

本文基于k-ε模型,针对波节管高效换热元件中纵向逆流换热的传热特性和阻力特性进行三维数值模拟研究。传热工质在管程和壳程分别为氦气和氮气,管束采用三角形布置。本文首先分析了不同波距及雷诺数下对换热量影响。为了体现高效换热元件比光管的优越性,随后分析了不同波距及雷诺数对Q/Q0(波节管与光管的换热量比)与Δp/Δp0(波节管与光管的压力降比)。最后得出结论,波距L的增加使高效换热元件的传热性能和阻力性能有所降低,但提高了其综合传热性能。雷诺数的增加会大幅提高换热量,但同时综合传热效率也大幅降低。     

航空煤油在微通道中传热性能的实验研究

此前对微通道传热性能研究所用的实验工质绝大多数属于低粘性流体,针对高粘性流体的研究很少.本研究以航空煤油和水为实验工质,在层流状态范围Re数为10-100,对两种流体在微通道中的传热性能进行了实验研究.铝基微通道阵列包括163条横截面尺寸为1mm×1mm、长度400 mm的微通道.微通道长径比l/Dh=400.实验发现...     

基于传热性能变化的余热锅炉故障诊断及应用

以某电厂PG9171E燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉系统为研究对象,根据机组的热平衡图数据以及余热锅炉受热面的传热机理建立变工况模型,定义受热面的性能退化系数,建立故障诊断模型。利用建立的计算模型与故障数据计算出的结果,对机组低压汽水系统的异常现象进行分析诊断,可以明确看出低压蒸发系统出现异常。现场停机检查结果发现问题为低压汽包内部件脱落,导致汽水分离效果差,与理论分析结果一致,验证了计算模型的正确性。     

无沸腾喷雾冷却中流量和喷头高度对换热性能的影响

采用薄膜电阻加热器进行了喷头进口压力，喷头类型，喷头高度对换热系数影响的实验研究。研究了冷却介质的质量流量对换热性能的影响，并测量了同一喷头在不同喷头高度下的换热系数大小。实验发现当喷雾面积近似等于实验用薄膜加热器面积时冷却能力达到最大。根据以上实验结果可以最优化喷雾冷却性能。     

流固耦合传热对蒸汽湿度测量传感器的影响

采用流固耦合法,分析计算了不同蒸汽参数及流速条件下谐振腔内的温度分布;加载温度载荷,计算了不同条件下谐振腔体的热变形量;根据谐振腔体有效部分内表面节点热变形量的平均值,分析了谐振腔体节点热变形对谐振频率的影响.结果表明:随着蒸汽温度升高和流速增大,谐振腔体温度升高,热变形量增大,谐振频率偏移量增大.应从谐振腔的材料、结构设计及蒸汽湿度测量方案等方面进行改进,以降低谐振腔体节点热变形对蒸汽湿度测量的影响.     

低温省煤器H型鳍片管传热性能的研究

基于Fluent平台,建立起H型鳍片管的三维物理模型。利用Realizable k-ε湍流模型对单根H型鳍片管的稳态传热过程进行模拟。通过单一变量变化模型的建立,找出其高度、厚度、宽度、基管直径以及入口烟气流速变化对H型鳍片管传热与阻力特性的影响规律。鳍片效率随着高度、宽度的增加而降低,随鳍片厚度增加而上升;鳍片传热性能随着高度、宽度、厚度、管径的增加分别上升;鳍片阻力随着烟气流速的增加呈上升趋势。通过对模拟所得数据进行分析,得出基管直径为36 mm时,H型鳍片管综合能力为最佳。     

单回路紫铜_水脉动热管传热性能的实验研究

实验研究了单回路紫铜—水脉动热管在水冷方式和定传热功率时,冷却水流量、倾角、管径和充液率4种因素对热管传热性能,包括管壁测点温度、冷热段均温、传热温差、传热热阻和温度振幅的影响规律,得到提高传热性能的一些措施。结果显示:水平放置的单回路脉动热管无法启动;30°以上倾角管内可产生振荡,增加倾角可降低传热热阻;定加热功率下,冷却水流量存在最佳值,过大和过小都会增加传热热阻;在脉动热管允许管径范围内,增加管径可大大降低传热热阻;相同传热功率时,30%充液率热管的传热热阻明显低于70%充液率管;小而均匀的壁温振荡比大幅锯齿状振荡时的传热性能好。