凹陷涡发生器结构和尺寸对流动和传热影响的数值计算研究

摘要

提高燃气轮机出功的一重要途径是提高燃气温度，而燃气温度的提高对叶片等受热材料的热性能有更好的要求，因此发展更有效的冷却结构已经成为燃气轮机研发技术的瓶颈之一。而凹陷结构的突出优点是在提高传热效果的同时又可以避免过大的压力损失，因此在将来燃气轮机内部冷却中具有很好的应用前景。本文的主要工作是通过数值计算对凹陷内的流动和传热进行准确模拟并与实验相验证，根据计算结果对不同凹陷的流动和传热情况进行了深入分析比较。具体如下：利用稳态模型数值计算模拟研究了球形，椭球型，倾斜椭球型和泪滴型四种不同形状凹陷的流动和传热性能；比较了带肋球形凹陷和不带肋球形凹陷的传热和流动效果并研究了肋高度对流动和传热的影响；比较了前倒圆和全倒圆与对应球形凹陷的流动和传热区别；探究了凹陷深度对流动和传热的影响。
　　研究结果表明：在雷诺数分别为8500，18700，36700，50500，60000下，四种不同形状凹陷中泪滴型凹陷的换热效果最好，虽然其摩擦阻力也最大，而且泪滴型凹陷的综合热性能也最好；1.0mm的带肋凹陷换热比球形凹陷高出30％-40%，摩擦因子比球形凹陷高出80%左右；肋高对凹陷的流动和传热有一定影响，随着肋高的增加凹陷传热有所增强，但摩擦阻力也显著增大；前倒圆的换热情况比球形凹陷略高3%左右，传热分布比球形凹陷均匀且摩擦阻力明显更小。全倒圆换热比球略低2%左右，但摩擦阻力最小，综合热性能最好。深度对凹陷传热影响，随着深度增加球形凹陷换热越强，摩擦阻力损失越大，从综合热性能参数来看凹陷深度为2mm的球形凹陷综合热性能最好。

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第一章 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2凹陷涡发生器简介和研究概述

1.3本文研究思路

第二章 不同形状对凹陷流动和传热影响的计算研究

2.1数值模拟理论基础

2.2不同形状凹陷的数值计算

2.3结论

第三章 带肋凹陷高度对流动和传热影响

3.1肋高1.0mm球形凹陷与不带肋球形凹陷计算对比

3.2肋高对带肋球形凹陷的传热和流动影响

第四章 前倒圆和全倒圆的数值研究

4.1前倒圆和全倒圆结构与数值建模

4.2前倒圆和全倒圆局部传热性能和流动分析

4.3结论

第五章 不同深度球形凹陷传热流动的数值计算研究

5.1不同深度球形凹陷网格划分和计算设置

5.2不同深度球形凹陷计算结果对比

5.3局部传热性能与流动分析

5.4.结论

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文