新型凹陷涡发生器冷却结构内流动与传热的数值计算研究

摘要

凹陷涡发生器冷却技术是一类基于旋流以及漩涡的强化换热技术,与其他强化传热技术相比其具有良好的换热性能以及较小的流动阻力等优点。随着现代燃气轮机透平叶片工作温度的不断提高,寻找一种兼具优良传热性能与流动性能的传热结构一直是各国工程师与科研工作者的努力方向。鉴于此,本文构建并研究了两类四种新型凹陷涡发生器结构并对其进行了细致的雷诺平均法数值模拟,对它们的换热性能、流动性能以及综合换热性能进行了比较与分析,优选出其中最具有优良综合传热性能的新型凹陷涡发生器。同时,本文还采用高精度的离涡数值模拟方法对优选出来的新型凹陷涡发生器进行了高精度的模拟,对提出的新型凹陷涡发生器内的流动与传热进行了机理性分析。
　　研究结果表明:在基于水力直径的雷诺数8,500-50,500范围内,对凹陷进行倒圆角处理的第一类新型凹陷涡发生器有着优于常规凹陷涡发生器的综合换热表现。其中沿着流动方向凹陷前缘倒圆的新型凹陷涡发生器有着优于常规凹陷的传热与流动性能、凹陷四周均进行倒圆角的新型凹陷涡发生器有着最好的综合换热性能;通过对常规凹陷添加微小V形肋的第二类新型凹陷涡发生器虽然能较大地提高冷却通道内的换热性能,但带来了较大的流动阻力,不利于综合换热性能的提高;本文后半部分对优选的全倒圆新型凹陷涡发生器的离涡模拟表明倒圆角微小结构在低雷诺数下对凹陷内传热流动情况影响不大,但在高雷诺数下其对凹陷内部以及周围区域的传热流动影响很大,对凹陷内部的涡旋结构以及凹陷后侧区域的流场分布都有着较大的影响。

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第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2凹陷涡发生器简介及研究现状

1.3本文的研究结构

第二章 数值模拟方法简介及相关公式

2.1数值模拟理论基础

2.2湍流流动的数值模型

2.3数据处理相关公式

2.4本章小结

第三章 数值模型建立与网格无关性验证

3.1数值模型建立

3.2数值网格及网格无关性验证

3.3不同计算模型对比与优选

3.4计算域对比与优选

3.5本章小结

第四章 新型凹陷涡发生器传热流动的数值计算研究结果

4.1第一类新型凹陷涡发生器传热流动的数值结果与分析

4.2第二类新型凹陷涡发生器传热流动的数值结果与分析

4.3针对优选的新型凹陷涡发生器离涡数值模拟

4.4针对优选的新型凹陷涡发生器不同数值模型的对比

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2工作展望

参考文献

附录1

致谢

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