一、层板冷却结构传热优化数值模拟研究（论文文献综述）
姚然[1]（2021）在《透平叶片端壁及前缘冷却特性的数值研究》文中研究说明随着航空发动机技术的持续发展,透平进口温度和压力不断提升,远远超过了现有材料的最高耐受温度,包括端壁和前缘在内的透平冷却叶片直接暴露在高温高压的极端环境中。为了保障透平叶片的正常运行,亟需发展先进高效的冷却技术。目前,常用的冷却技术可以按照冷却气体是否混入高温主流分为外部冷却和内部冷却,前者包括气膜冷却和层板冷却等,后者包括肋化通道冷却、冲击冷却和涡流冷却等。近年来,对这些冷却方法的传热机理、影响因素和结构优化的研究大量涌现,受到了研究者的广泛关注。尽管如此,一些冷却技术从理论研究到实际应用还有一定距离,仍然有一些问题亟需解决。例如:现有的机理实验研究大多采用简化的透平冷却叶片几何模型代替真实的复杂模型,或采用简化的边界条件代替复杂的真实边界条件。显然,这类简化的做法会对冷却效果的预测造成一定的偏差。此外,如何在减少冷气消耗的同时获得较高的冷却效率依然始终是透平冷却叶片设计者面临的一大难题。为此,本文采用通过实验验证的流固耦合数值方法,对不同冷却结构下,真实透平叶片端壁和前缘的冷却特性进行深入研究,主要工作如下:（1）讨论了环形透平端壁简化为平板对气膜冷却效率的影响。通过真实环.形端壁和简化平板端壁上气膜冷却效率的比较,发现在不同工况下,端壁平板简化对绝热和综合冷却效率的影响是截然不同的。在高主流雷诺数的真实工况下,真实环形端壁会导致综合冷却效率出现“马太效应”,即:在气膜覆盖较好的区域产生高冷却效率,在气膜覆盖较差的区域产生低冷却效率。因此,在环形端壁上的温度梯度更大,也就是说,使用平板端壁简化可能会高估端壁的使用寿命。（2）分析了利用传热传质相似性测量端壁气膜效率的可靠性和准确性。本文先对湍流状态下传热和传质过程的控制方程进行系数比较,再分别使用空气和二氧化碳作为冷却工质,用数值计算方法分别比较透平端壁的传热和传质气膜效率。研究发现,以传质实验代替传热实验的可靠性和当地湍流特征有关。只有当湍流输运占主导地位,且湍流传热和传质扩散系数十分接近时,用传质实验预测传热特性的准确度较高。对真实透平端壁来说,在上游层流区域产生的误差较大,中游湍流区域误差较低,而下游区域传质气膜效率低于真实的传热气膜效率。（3）针对叶片前缘很难冷却的问题,提出了一种新型的多级涡流冷却概念,并通过数值模拟研究了该结构的流动和传热特性。结果表明,与传统的单级涡流冷却结构相比,这一新型的多级结构能够在不增加冷气消耗的前提下,获得更高、更均匀的传热速率。虽然使用该结构付出了总压损失升高的代价,但气热性能是总体提高的。（4）研究了叶片前缘双层壁冷却结构的传热和流动特性。通过在不同总压比下的数值模拟,发现了高温燃气倒灌进入叶片内部的不利现象,并分析了该现象形成的原因,据此提出了一系列改进措施,有效地提升了目标壁面的冷却效率。（5）在考虑主流入口热斑的真实条件下,研究了热斑运动和扩散规律,分析了叶片前缘气膜冷却和双层壁冷却结构的冷却特性,比较了两种结构在热斑条件下的冷却效果。结果表明,热斑会导致叶片前缘产生局部的高温区域,该区域的特性同热斑的强度、位置有关。在主流温度非均匀的条件下,双层壁冷却结构相比气膜冷却结构能够获得更高的冷却效率,但是在扰流柱上存在较高的温度梯度和较大的热应力。
焦宇琳[2]（2020）在《高速电主轴新型层板冷却水套的热特性研究》文中研究表明高速主轴系统是精密数控机床的关键核心部件,其温升引起的热变形将严重影响机床的加工精度和使用寿命,采用冷却系统及时带走其产生的热量,是抑制热变形产生的有效手段。因此,设计一 套高效的冷却系统对于有效控制电主轴的温升和变形极具意义。本文借鉴航空领域的高效散热技术,提出了基于层板冷却的新型冷却水套结构,利用层板冲击射流与扰流柱强化传热具有极高对流换热系数的优势对电主轴定子进行有效冷却,以提高电高主轴的散热效果,减小其热变形。对高速电主轴的传统冷却结构进行了研究,详细分析了电主轴内部电机与轴承的生热,给出了电机与轴承的计算公式和适用条件,分析了定转子之间的换热、转子端部与周围空气的换热、电主轴与周围空气的换热。在验证了CFD 数值仿真方法后,对传统螺旋形冷却水套的流动与换热特性进行仿真分析,从入口雷诺数、冷却液初始温度对冷却水套换热影响。获得了不同工况下冷却水套的表而换热系致。基于150MD24Z7.5电主轴的几何结构,建立其稳态热分析模型,并对其温度和热变形进行计算。研究了不同冷却工况下对电主轴温度场与热变形场的影响。设计了新型层板冷却水套结构,采用数值仿真的方法研究了入口当量直径、冲击孔直径和扰流柱数目的改变对靶圈表面温度的影响,同时改变入口雷诺数和靶圈热流密度对冲击腔流动和换热特性的影响,获得了具有最佳散热效果的层板冷却水套结构。建立基于新型冷却水套结构的电主轴稳态热分析模型,对其温度和热变形进行计算,并将其与基于螺旋流道的电主轴的仿真结果进行比较。提出电主轴层板结构冷却水套试验台的功能要求,确定冷却试验平台的总体设计方案。试验系统主要由试验件、冷却液供给系统、试验件的加热系统、数据测量、数据采集系统等组成。基于前期的仿真结果,选择了最优几何模型设计了层板冷却结构,完成试验平台总体结构与试验件的设计。本文得到的结论为进一步减小高速电主轴的热变形、提高精密数控机床的加工精度提供有益的借鉴。
叶程[3]（2020）在《新型空气/煤油双层壁冷却结构流动换热特性研究》文中研究指明涡轮叶片内部冷却结构的优化设计有助于提高冷气利用率和冷却效果,对于提高涡轮前进口温度并进而提高发动机效率具有重要意义。本文以典型的涡轮叶片双层壁冷却结构为研究对象,并以此为基础,设计了一系列新型空气/煤油双层壁冷却结构,并通过数值模拟方法研究了新型双层壁结构的换热特性,又进一步研究了煤油管道进口边界条件对冷却效果的影响,为工程设计提供了思路和参考。本文首先介绍了数值计算方法,并对其适用性进行了验证。接着对典型双层壁冷却单元开展了数值计算,获得了双层壁内部的流动特征和双层壁壁面的换热情况分布规律,并就双层壁内部的流场结构及流动特性对换热特性的影响展开了分析。在此基础上,本文进一步研究了主流进口温度（T=1000K、1073K、1200K、1500K）和主流进口压力（P=0.5MPa、0.75MPa、1MPa、1.5MPa）对于双层壁换热特性的影响规律。研究中发现,双层壁中冷气的对流换热、扰流柱的导热以及漩涡的强化换热共同影响着双层壁结构换热特性。增加主流进口压力会降低双层壁腔内进出口的净压差,使腔内漩涡的涡量减小,对漩涡的强化换热起到了不利影响,并因此降低冷却效率。当主流进口压力较低时,增加主流进口温度会使双层壁上下侧壁面温差增大,促进了扰流柱的导热作用,因此会一定程度的提高冷却效率;当主流进口压力较高时,主流进口温度的增加对冷却效率的影响不大。随后,本文在典型双层壁冷却结构的基础上引入煤油微细管道建立了新型空气/煤油综合传热双层壁冷却结构模型,共设计了6种不同管道数量（n=3-8）及直径（do=0.43-0.7mm）的新型双层壁冷却单元,研究了不同煤油管道布置下新型双层壁冷却单元的换热特性。研究中发现,煤油管道的引入可以有效降低典型双层壁结构壁面的温度,增加煤油管道的数量可以极大增强航空煤油的冷却效果,无煤油管道的典型双层壁结构的整体平均温度为681K,加入煤油管道后可以实现72-130K的整体温降。在本文研究的结构中,管道数量从3个增加到5个时,煤油管道形成的低温区域面积一直不断增大,因此煤油工况冷却效率提升明显;当管道数量达到5个以后低温区域覆盖的面积基本不再扩大,继续增加管道数量仅会使低温区域的温度略有下降,因此冷却效率的提升并不大。接着,本文进一步研究了航空煤油进口流量（?=10 g/s、20 g/s、30 g/s、40 g/s）和管道进出口压比（ε=1.29、1.334、1.393、1.463、1.636）对于新型双层壁结构换热特性的影响规律。研究中发现,增加煤油进口流量可以一定程度上提升壁面的冷却效率,当进口流量超过某个临界值对双层壁结构整体的冷却效率提升并不大;当进口流量低于这个临界值煤油管道可能会因为局部温度过高而发生氧化结焦反应,产生不利影响。煤油管道进出口压比对于双层壁的换热影响十分有限,双层壁壁面的冷却效率仅会产生不到1%的变化,在设计工况时可将进出口压比作为一个次要的设计因素。
陈娉婷[4]（2019）在《燃气轮机透平气冷造型端壁的流动传热机制》文中指出燃气轮机是重要的能源动力装备,具有高效、清洁的特点。随着燃气轮机的发展,一级静叶透平端壁区域面临着气动和冷却两方面的挑战。在气动方面,造型端壁结构可以有效减小通道气动损失,而适用于一级静叶的造型端壁结构包括轴对称端壁和非轴对称端壁;在冷却方面,端壁区域的冷却是一级静叶冷却的难点,而端壁造型调整又会改变端壁的冷却特性。因而,为了获得更好的气动和冷却效果,需要深入理解造型端壁通道内的气动和冷却特性。本文在燃气轮机一级静叶端壁区域研究了端壁造型对于通道气动特性和端壁冷却特性的影响。轴对称端壁结构在通道二维设计的子午流面上收缩或扩张,对于端壁附近流体具有整体的加速或减速效果,本文建立了造型端壁形状优化平台,发展了轴对称端壁气动优化方法,在优化了的轴对称端壁通道中研究了通道上游冷气射流对于端壁冷却特性和通道气动特性的影响,并对比了轴对称端壁通道和原型端壁通道内的端壁气膜冷却特性。在轴对称端壁通道内发现存在一个较优的缝隙泄漏流冷却冷气流量范围,在这个范围内,冷却效率高,气动损失低;发现了动量比可以较好地描述不同轴对称端壁之间的冷却特征,这是因为相同动量比取值时,在滞止面上冷气与主流的相互作用特征相似。非轴对称端壁结构在通道三维设计的通道内局部凸起或凹陷,对通道内流动和换热特征产生局部影响,本文首先基于造型端壁形状优化平台发展了非轴对称端壁多目标优化方法,结合全局敏感性分析发现了非轴对称端壁通过改变流向加速作用改变通道气动特征、通过改变通道当地流速调整端壁表面换热特性的机制;设计搭建了非轴对称端壁环形叶栅气膜冷却实验台,基于压力敏感漆实验测量方法和数值模拟方法,归纳了非轴对称端壁对于通道内不同位置离散孔气膜冷却的影响规律,提出了流向加速作用是改变离散孔气膜冷却特性的重要因素。在更接近真实燃机条件的带模拟燃烧室出口条件的轴对称端壁通道内获得了与通道涡旋向相反的的动量梯度涡结构和冲击涡结构,得到了在整个端壁表面与叶片压力面和吸力面上的端壁冷却效果;通过对比不同冷却结构布置下通道内的流场和温度场,揭示了气膜射流与主流中动量梯度涡结构、冲击涡结构、通道涡结构的相互作用机制。本文在一级静叶端壁区域研究端壁造型对于通道气动特性和端壁冷却特性的影响,为端壁区域气动特性和冷却效率的双重优化打下了基础。
张议丰[5]（2019）在《涡轮前缘层板冷却流动换热特性及凹陷涡强化换热机理》文中研究指明高温燃气涡轮是航空发动机的核心机极其重要的部件之一,它的性能会对航空发动机的安全性和经济性产生重要影响。为了追求航空发动机高推重比和高效率,燃气涡轮入口温度逐渐攀升,使得燃气轮机的冷却技术满足更大输出功率的需求和更高的热效率面临挑战性。本文着眼于高推重比航空发动机高温涡轮叶片前缘区域的换热机理,依靠自编程序搭建涡轮叶片前缘区域的冷却结构。借助数值模拟的方法研究了典型涡轮叶片前缘区域内部流动换热机理。首先研究前缘曲率和冲击靶距对涡轮前缘层板结构换热的影响机理,结果显示,前缘曲率和冲击靶距的改变会显着地影响冲击靶面的换热性能。其次,通过研究扰流柱和凹坑参数对前缘层板结构换热的影响,得出了扰流柱排布改变综合换热性能的机制,并给出最佳的扰流柱结构形式。在高温涡轮叶片前缘区域的典型层板结构冷却单元添加凹坑结构,数值结果表明,合理地添加凹坑结构能够在一定程度上增大冲击靶面的换热,并且减小腔室内部的流阻系数。然而,过深或者过大的凹坑将会降低冲击靶面的换热。此外,凹坑形状的变化对冲击靶面的换热性能影响较小。再者,通过研究涡轮前缘曲率和冲击靶距对带有凹坑结构的前缘层板结构换热的影响机理。数值模拟结果表明,前缘曲率和冲击靶距的变化会显着影响来流冲击离开凹坑滞止点后由于流动边界层变薄而导致的热量交换。前缘区域的曲率和冲击靶距对冲击靶面换热增强效果并不是线性的关系。最后,本文采用圆孔射流冲击冷却的方法来对涡轮叶片前缘区域的局部换热进行仿真模拟,发现冷却空气入口雷诺数、气膜孔与冲击孔直径之比、涡轮叶片前缘曲率、冲击靶距、扰流柱参数和凹陷涡发生器参数对冲击靶面的换热均有不同程度的影响。通过对大量数值模拟得出的数据结果进行分析研究,整理出了涡轮叶片前缘各个无量纲参数基于Dittus-Boelter平均换热特性的通用经验公式。
陈子煜[6]（2019）在《涡轮叶片层板冷却结构内部流动与换热特性数值研究》文中研究指明涡轮叶片冷却技术对涡轮航空发动机性能的提升起着极其重要的影响,随着航空发动机性能的提高,涡轮前燃气温度也不断提高,这对涡轮叶片材料的性能提出更高的要求。除了发展涡轮叶片新材料以提高其耐热极限之外,更有效且更易实行的方案是增强叶片的冷却传热效果。在所有的冷却方式中,层板冷却是集气膜冷却、冲击冷却、对流冷却、扰流柱强化等冷却技术于一身,具有大幅提高涡轮前燃气温度、冷却效率高等优点。本文将以航空发动机涡轮叶片层板冷却结构为研究对象,通过数值模拟多种静子叶片尾缘及转子弦长中区层板结构内的流动及换热,并对计算模型进行分析和研究,提出冷却效果较好的模型结构,旨在为今后的涡轮叶片冷却结构的设计打下坚实的理论基础。对于转子模型主要研究雷诺数,扰流柱排列方式,冲击孔和气膜孔对冷却效率和流场结构的影响,扰流柱的形状为最常见的圆柱体。结果表明叉排扰流柱相对于顺排扰流柱的冷却效率更高,而在相同排列方式下,增加冲击孔和气膜孔以及雷诺数均可以有效改善冷却效果,但冲击孔和气膜孔的增加会影响叶片结构强度,而雷诺数的逐步提高对冷却效果的提升作用越来越不明显。叉排与顺排流场的整体流场结构相似,差异主要在第一排扰流柱附近。对于叉排排列方式,第一排绕流柱正对冲击孔,流体冲击壁面后对第一排扰流柱冲击作用较强,在转子模型的研究基础上,采用单元冷却模型为双冲击孔双气膜孔的结构,着重从扰流柱形状和排列方式以及雷诺数对静子层板冷却模型进行数值模拟研究,发现圆柱叉排模型的冷却效果最好,而菱形顺排的冷却效果最差。同转子模型一样,叉排的冷却效率均高于顺排,雷诺数的提高对冷却效果的提升存在边际效应。叉排与顺排流场的整体流场结构差异主要在于正对冲击孔的扰流柱后面的脱落涡结构更明显。但是对于菱形扰流柱,无论是叉排还是顺排,由于其修型结构的压力梯度相对于圆柱较小,所以当流体正对菱形时其背后没有明显的脱落涡和回流区,尾迹长度也很短。
吉雍彬[7]（2019）在《燃气轮机燃烧室发散冷却耦合传热特性研究》文中研究表明在现代燃气轮机燃烧室发展中高温升、低排放燃烧室是其主要的趋势。此种燃烧室由于冷却的空气量急剧减小,高效的冷却保护成为亟待解决的难题。发散冷却是通过在火焰筒壁面上开设大量离散小孔,形成规则化的多孔结构,利用冷却板内的强制对流换热以及燃烧室流动侧均匀的气膜覆盖实现对火焰筒壁面进行有效的热防护。它具有在冷却介质消耗较少的同时,可以提供较好冷却保护的优点。并随着现代制造工艺的日趋进步,诸如快速激光加工以及增材制造等方法的工业应用,发散冷却已被认为是现代燃气轮机尤其是航空发动机燃烧室中一种先进的冷却方式。本文以燃气轮机燃烧室发散冷却为研究对象,采用实验与数值模拟相结合的手段对燃烧室非反应态/反应态发散冷却的耦合传热特性开展了深入研究。首先对非反应态/反应态工况下发散冷却耦合传热特性进行了实验研究。利用红外测温技术对火焰筒壁面综合冷却效率分布进行了测量,通过调整发散孔倾斜角度（30°,90°和150°）重点考察了射流入射方向（前倾,垂直和后倾）对冷却流量特性和冷却性能的影响规律,冷却板压降范围为0-2.5%。实验结果表明:流量及流量系数随冷却板压降的增加而增加,无论非反应态还是反应态,斜孔（前倾和后倾）孔阵的流量系数均小于直孔孔阵。扩张旋流冲击壁面区域处冷却效率最低,其原因为冲击滞止点换热系数高,且抑制了冷却射流的有效喷射,孔内对流换热强度降低,气膜也无法在热侧覆盖。非反应态工况下,冷却板压降相同时,后倾孔综合冷却效率最高,直孔的冷却效率最低;反应态工况下,冷却板压降较低时,前倾孔的综合冷却效率最高,直孔的冷却效率最低,当冷却板压降增加至1.5%时,直孔冷却流量的大幅增加使得其综合冷却效率高于前倾孔结构。后倾发散孔引入的逆向射流对角回流区和冲击区冷却效率的提升效果在冷却板压降较大时才比较明显。其次,对非反应态/反应态工况下发散冷却性能的实验结果进行了深入对比分析,比较最低展向平均综合效率点轴向位置的迁移,并基于非反应态冷却效率结果,提出对反应态综合冷却效率值进行修正的方法。开展雷诺时均方法的数值模拟考察非反应态/反应态工况下近壁面的流动特征,揭示冷却性能差异的机理及主流-冷却射流的相互干涉作用。研究结果表明:在非反应态和反应态工况下,单位质量的冷却空气冷却效能随冷却板压降的增加而减小,其中后倾孔结构冷却效能最高,而直孔结构冷却效能最低。前倾孔冷却结构易于形成贴壁的覆盖气膜,其对主流的影响程度最小;直孔结构在靠近燃烧室出口处将主流抬升偏向燃烧室上部;后倾孔的逆向射流与主流之间存在强烈剪切作用,形成贴近壁面的涡结构,对主流影响最大。后倾孔冷却结构下的逆向射流动量与主流动量的竞争关系决定了发散气膜能否覆盖角回流区及冲击区,进而提高当地的冷却效率,同时也决定了冷却板上最低展向平均综合冷却效率点位置是否向上游移动。最后,针对实际环形燃烧室内外环面上主流-冷却射流不同的相干效应,及其对发散冷却性能的影响,开展了三喷嘴扇段燃烧室的发散冷却特性的耦合传热实验研究,利用红外方法测量火焰筒内外环面的温度分布并对比综合冷却效率。考察了冷却性能受冷却空气量和孔阵排布形式（顺排和叉排）的影响规律,研究结果表明:曲率不同导致高温燃气对内外环面辐射热负荷有所差异,内环面温度稍高于外环面。外环面上周向平均综合冷却效率随着流向距离的增加而增加,多排气膜叠加效应显现,而在内环面上,发散气膜附着能力衰退,没有出现气膜叠加效应。相比于顺排布置,叉排布置的发散冷却孔阵可以提供更好的冷却保护。综上,本研究掌握了与真实燃烧室工作状态更接近的反应态工况下主要参数对发散冷却性能的影响规律。同时提出了建立非反应态和反应态工况下关于综合冷却效率的修正方法,为利用实验室非反应态工况的实验结果指导实际燃气轮机燃烧室的发散冷却设计提供了支撑。最后提出了应用于燃烧室壁面发散冷却的逆向射流孔结构形式,对燃烧室发散冷却孔阵局部优化提供了新的思路。
高宇[8]（2019）在《火焰筒壁层板冷却结构内部流动与换热特性研究》文中研究表明层板冷却具有冷气消耗量少和冷却效率高的优点,被广泛应用于航空发动机热端部件强化冷却。因此,探索层板冷却在航空发动机部件上的应用（比如火焰筒壁层板冷却结构）显得十分必要。基于上述背景,本文采用数值模拟和实验的方法探索了火焰筒壁层板冷却结构流动与换热特性。本文利用CFD数值计算研究了火焰筒壁层板冷却结构流动与换热特性,主要分析了冲击开孔率、扰流柱直径、溢流孔直径、冲击高度、流向间距、展向间距以及射流雷诺数等参数对层板冷却结构流动与换热特性的影响。计算结果表明:冲击开孔率增加层板的总压降和当量流量系数减小,阻力系数增大并且换热能力减弱;扰流柱直径对总压降和当量流量系数影响很小,增大扰流柱直径能够降低层板阻力系数,dr=0.6mm时K值最大;溢流孔直径增加层板总压降和阻力系数降低,与之相反的是当量流量系数增大,相应的换热能力变强;冲击高度增加,总压降和阻力系数降低,当量流量系数略微上升,冲击高度对换热能力的影响并非单调变化;流向间距和展向间距的增加都会使层板结构的换热能力增强,层板结构的压降上升,流量系数几乎不变,阻力系数随两者的改变未呈现单调的线性关系;射流雷诺数增加同样会导致压降增大,对当量流量系数影响很小,但是阻力系数降低,层板冷却结构的换热能力提升,随着射流雷诺数的增加几乎呈线性变化。为了验证数值计算的准确性,本文进行了典型工况的实验验证。在数值模拟的基础之上,利用实验的方法重点研究了冲击孔径、扰流柱直径和溢流孔径对层板内部流动与换热特性的影响规律。实验结果表明:层板环腔内的平均努塞尔数随冲击孔径和扰流柱直径增加而提升,但几乎不随溢流孔径的增加而发生改变;总压损失系数则随着冲击孔和溢流孔直径的增加而呈现单调递减的变化趋势,而随扰流柱直径的增加几乎保持不变。总体来看,关于实验与计算的最大误差,平均努塞尔数在20.2%以内,总压损失系数在27.4%以内。
郭瑞[9]（2017）在《叶片前缘层板冷却传热特性模拟试验研究》文中认为本文针对层板冷却叶片前缘的流动与传热特性采用数值模拟和实验的方法进行了研究。首先,根据层板冷却叶片型面及设计状态下的进出口条件,对实际叶片模型前缘3种绕流方式、3种扰流柱形状、2种冲击孔轴线设置方式对流动与传热的影响进行了数值研究。在设计状态下的计算结果表明:就总压损失系数而言,绕流方式A1低于绕流方式A2和A3;方形扰流柱的最高,菱形扰流柱的次之,圆形扰流柱的最小,但较为接近;E方式的冲击孔轴线设置较U方式的要小。就叶片前缘外表面的平均换热系数而言,三种绕流方式的相比,A1（27）A2（27）A3;三种扰流柱形状的相比,其大小关系随绕流方式和冲击孔轴线设置方式的不同而变化;两种冲击孔轴线设置方式的相比,U方式较E方式的大。就叶片前缘外表面的平均冷却效率而言,绕流方式A1较绕流方式A2和A3的高;三种扰流柱形状的相近;U方式较E方式的高。其次,数值研究了平均密流比和温比对实际层板冷却叶片模型前缘的流动与传热的影响。计算结果表明:随着平均密流比和温比的增大,实际层板冷却叶片模型前缘的平均换热系数和平均冷却效率均逐渐增大。再次,对于具有典型结构和计算结果中冷却效果较好的三种结构的层板冷却叶片进行了验证性试验。试验结果显示:四种结构的冷却效率均随着平均密流比的增大而增大,随着温比的增大而略微减小。最后,在压力和温度相对都较低试验台模拟状态下,在与实际叶片模型相同的来流雷诺数的条件下,对层板冷却叶片放大3倍模型的流动和传热特性进行了数值模拟研究,比较了不同平均密流比条件下叶片前缘的流动与换热情况,但绝对数值差异明显,在此基础上发展了针对于放大试验模型换热特性计算结果的修正方法。结果表明,两种叶片模型前缘的流动特性差别较小,努塞尔数分布及冷却效率分布变化趋势类似,经过修正的放大试验模型在模拟条件下计算的努塞尔数分布及冷却效率分布能较好地反映实际工作状态下的叶片换热特性。另外也比较了不同温比条件下叶片前缘的流动与换热情况,其分布与实际叶片模型类似,但绝对数值依然差异明显。
罗磊[10]（2016）在《涡轮高效冷却结构设计方法及换热机理研究》文中提出燃气涡轮作为航空发动机核心机重要部件之一,其性能优劣直接影响航空发动机的安全性及经济性。为了追求航空发动机高推重比及高效率,燃气涡轮入口温度逐渐攀升,迫切地需要在燃气涡轮气动及传热技术方面实现突破。本文着眼于高推重比航空发动机高温涡轮叶片的传热机理及设计方法,依靠自编程序搭建涡轮叶片冷却结构设计平台及气热耦合优化设计方法;借助数值模拟方法研究了典型涡轮叶片外壁面及端壁换热特性及典型冷却结构单元内部流动换热机理。搭建了高温涡轮叶片冷却结构设计平台,该平台能够快速实现冷却结构设计,并评估冷却结构冷却性能;依据该平台完成了高温涡轮叶片不带气膜及带气膜两套冷却结构设计,设计结果表明该平台能够满足方案设计要求,且有效的避免设计过程中的盲目性,提高设计灵活性。搭建了考虑叶型及冷却结构的气热耦合优化设计平台,提出了能够同时考虑最高温度、平均温度、高温区面积、流阻系数及气动效率的目标函数,采用该优化策略寻优到气动及传热效果均较佳的方案。对比了整级优化以及静叶、动叶单独优化,发现采用静叶、动叶单独优化较整级优化的优化效率有所提高。此外,依靠本文平台对冷却结构设计及气热耦合优化设计结果,发现采用现有结构与新一代航空发动机对冷却的需求差距较大。本文对典型涡轮叶片外壁面换热特性进行研究,数值结果表明马赫数对涡轮叶片转捩影响不大;湍流度、湍流尺度及表面粗糙度的增大使转捩提前发生,并改变吸力面的压力凸起,表明吸力面转捩由分离导致转捩转变为旁通转捩。研究了弯叶片对典型涡轮不同工况端壁流动换热影响机制,发现弯叶片影响横向二次流并在非设计工况下使吸力面旋涡贴近叶片壁面运动、降低旋涡尺度从而降低端壁换热。弯叶片也可使前缘滞止点移动至压力面附近,减小了端壁热负荷。本文通过研究层板结构扰流柱参数对换热的影响,得出了扰流柱排布改变综合换热性能的机制,并给出最佳扰流柱结构形式。在高温涡轮叶片典型层板、双层壁冷却单元添加了凹坑结构,数值结果表明,合理地添加凹坑结构能够在保证流阻系数变化不大的情况下显着增大冲击靶面换热,进而减小外壁面温度。然而,过深或者过大的凹坑将会急剧降低冲击靶面换热。本文研究了高温涡轮叶片尾缘收敛通道凹坑-扰流柱换热提升机制,数值结果表明,凹坑添加后导致收敛通道流体冲击凹坑内下游壁面,流体流出凹坑后再附并与扰流柱前缘区域旋涡发生相互作用,从而增大了当地换热。此外,凹坑横向布置于扰流柱之间能够在增大换热的同时,增大流动面积从而减小流阻。而后针对收敛通道收敛角及凹坑深度对换热特性的影响发现,在大收敛角情况下,最佳凹坑深度比小收敛角情况下的最佳凹坑深度小,文中也给出了综合换热性能最佳的凹坑参数。
二、层板冷却结构传热优化数值模拟研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、层板冷却结构传热优化数值模拟研究（论文提纲范文）
（1）透平叶片端壁及前缘冷却特性的数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 英文字母 |
| 希腊字母 |
| 下标 |
| 缩写 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 透平叶片的冷却需求 |
| 1.1.2 燃气透平冷却技术简介 |
| 1.2 透平端壁冷却的研究现状 |
| 1.2.1 叶栅通道的流动特性 |
| 1.2.2 透平端壁的气膜冷却 |
| 1.2.3 透平端壁的层板冷却 |
| 1.3 透平叶片前缘冷却的研究现状 |
| 1.3.1 透平叶片前缘的内部冷却技术 |
| 1.3.2 透平叶片前缘的外部冷却技术 |
| 1.4 透平部件冷却常用的实验测量技术和数值方法 |
| 1.4.1 常用的实验测量技术 |
| 1.4.2 数值模拟方法简介 |
| 1.5 目前仍需解决的一些问题 |
| 1.5.1 几何模型简化带来的误差 |
| 1.5.2 边界条件简化带来的误差 |
| 1.5.3 开发更加有效的透平部件冷却方式 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第2章 透平端壁平板简化对气膜冷却效率的影响 |
| 2.1 本章引言 |
| 2.2 几何模型和数值计算方法 |
| 2.2.1 几何模型 |
| 2.2.2 边界条件和计算设置 |
| 2.2.3 网格策略和收敛判据 |
| 2.3 实验验证 |
| 2.4 结果分析 |
| 2.4.1 低雷诺数环境下端壁平板简化对综合冷却效率的影响 |
| 2.4.2 真实环境下端壁平板简化对绝热气膜冷却效率的影响 |
| 2.4.3 真实环境下端壁平板简化对综合冷却效率的影响 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 利用传热传质相似性测量端壁气膜效率的可靠性分析 |
| 3.1 本章引言 |
| 3.2 传热和传质气膜冷却实验的数学物理模型 |
| 3.3 数值方法 |
| 3.3.1 透平端壁的几何模型 |
| 3.3.2 数值模拟方法 |
| 3.3.3 边界条件 |
| 3.3.4 网格划分和无关性检查 |
| 3.4 数值方法验证 |
| 3.5 结果与讨论 |
| 3.5.1 端壁边界层处的湍流传热/传质扩散系数 |
| 3.5.2 传热和传质方法得出的绝热气膜特性 |
| 3.5.3 主流和冷气的混合特性差异 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 一种新型叶片前缘多级涡流冷却结构的数值研究 |
| 4.1 本章引言 |
| 4.2 单级和多级涡流冷却的几何结构 |
| 4.3 数值计算方法 |
| 4.3.1 计算区域和边界条件 |
| 4.3.2 网格划分和无关性检查 |
| 4.3.3 计算设置和收敛判据 |
| 4.3.4 湍流模型的验证 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 涡管表面的努舍尔数分布 |
| 4.4.2 叶片前缘表面温度分布 |
| 4.4.3 各喷嘴处的冷却剂分配 |
| 4.4.4 涡管内部流动特性 |
| 4.4.5 总压损失特性 |
| 4.4.6 气热特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 叶片前缘双层壁冷却结构中的流动和传热特性研究 |
| 5.1 本章引言 |
| 5.2 数值计算方法 |
| 5.2.1 前缘双层壁冷却结构的几何模型 |
| 5.2.2 网格划分和计算设置 |
| 5.3 数值结果与讨论 |
| 5.3.1 总压比为1.01时,不同截面上的流动和传热特性 |
| 5.3.2 总压比对双层壁内部流动和传热特性的影响 |
| 5.3.3 前缘双层壁结构中冷气出流的压力裕度要求 |
| 5.3.4 针对主流倒灌现象的优化改进 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 主流进口热斑条件下真实叶片前缘的冷却特性研究 |
| 6.1 本章引言 |
| 6.2 数值方法 |
| 6.2.1 两种冷却方案的几何模型 |
| 6.2.2 边界条件设置 |
| 6.2.3 网格划分和计算设置 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 主流入口热斑的迁移和衰减 |
| 6.3.2 主流入口热斑对气膜冷却结构综合效率的影响 |
| 6.3.3 主流入口热斑对双层壁冷却结构综合效率的影响 |
| 6.3.4 两种冷却模型冷却特性的对比 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文工作总结和结论 |
| 7.1.1 透平端壁平板简化对气膜冷却效率的影响 |
| 7.1.2 利用传热传质相似性测量端壁气膜效率的可靠性分析 |
| 7.1.3 一种新型叶片前缘多级涡流冷却结构的流动和传热特性 |
| 7.1.4 叶片前缘双层壁冷却结构中的流动和传热特性 |
| 7.1.5 主流进口热斑条件下真实叶片前缘的冷却特性 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 未来工作方向 |
| 7.3.1 真实复杂工况下冷却特性的研究 |
| 7.3.2 完整透平叶片结构冷却特性的研究 |
| 7.3.3 新提出叶片前缘冷却结构的加工、装配和验证实验 |
| 7.3.4 透平部件瞬态冷却过程的研究 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的学术论文和研究成果 |
| 发表的学术论文 |
| 参与的科研项目 |
（2）高速电主轴新型层板冷却水套的热特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 高速电主轴热误差及其控制方法研究现状 |
| 1.3 高速电主轴主动冷却技术研究现状 |
| 1.4 层板冷却技术研究现状 |
| 1.5 本课题的主要研究内容 |
| 2 高速电主轴热特性数值分析 |
| 2.1 电主轴内部热源与传热特性分析 |
| 2.1.1 高速电主轴的结构 |
| 2.1.2 高速电主轴的主要热源 |
| 2.1.3 高速电主轴电机部分的发热分析 |
| 2.1.4 高速电主轴轴承部分的发热分析 |
| 2.2 高速电主轴的传热机制 |
| 2.2.1 定子与冷却液的对流换热 |
| 2.2.2 定转子间气隙的对流换热 |
| 2.2.3 转子端部与空气对流换热 |
| 2.2.4 电主轴静止表面与周围空气的对流换热 |
| 2.3 电主轴冷却系仿真分析 |
| 2.3.1 CFD理论基础 |
| 2.3.2 对流换热系数的计算方法 |
| 2.3.3 数据处理 |
| 2.3.4 CFX初始及边界条件设置 |
| 2.3.5 带螺旋流道的冷却水套模型数值方法验证 |
| 2.3.6 冷却系统仿真结果与分析 |
| 2.4 电主轴传统螺旋流道冷却结构的热特性数值研究 |
| 2.4.1 电主轴有限元建模 |
| 2.4.2 高速电主轴的热载荷计算 |
| 2.4.3 高速电主轴边界条件的确定 |
| 2.4.4 电主轴稳态仿真分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 电主轴层板结构冷却水套的热特性数值分析 |
| 3.1 层板结构的几何模型 |
| 3.2 不同结构对冷却水套换热特性的影响 |
| 3.3 冲击孔尺寸对冷却水套换热特性的影响 |
| 3.4 热流密度对冷却水套换热特性的影响 |
| 3.5 雷诺数对冷却水套的换热特性的影响 |
| 3.6 层板结构与螺旋结构对比 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 电主轴层板结构冷却水套试验台总体方案 |
| 4.1 电主轴层板结构冷却水套试验台功能要求 |
| 4.2 电主轴层板结构冷却水套试验平台设计方案 |
| 4.2.1 冷却液供给系统 |
| 4.2.2 加热系统 |
| 4.2.3 数据测量及采集系统 |
| 4.3 电主轴层板结构试验台结构设计 |
| 4.3.1 试验台总体结构设计 |
| 4.3.2 电主层板结构冷却水套试验件设计 |
| 4.3.3 试验台可测量的实验范围 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结和展望 |
| 5.1 研究总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
（3）新型空气/煤油双层壁冷却结构流动换热特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 涡轮叶片冷却技术的研究现状 |
| 1.3 CCA冷却技术的研究现状 |
| 1.4 研究现状小结 |
| 1.5 本文的工作内容 |
| 第二章 物理模型和数值计算方法 |
| 2.1 研究对象 |
| 2.1.1 典型双层壁结构模型 |
| 2.1.2 新型空气/煤油双层壁结构模型 |
| 2.2 计算域和边界条件 |
| 2.3 参数定义 |
| 2.4 数值计算方法 |
| 2.4.1 控制方程 |
| 2.4.2 湍流模型 |
| 2.5 计算网格 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 典型双层壁冷却结构的流动换热特性分析 |
| 3.1 计算工况 |
| 3.2 典型工况下的流动换热特性 |
| 3.2.1 流动特性 |
| 3.2.2 换热特性 |
| 3.3 不同主流工况下的换热特性 |
| 3.3.1 主流进口压力的影响 |
| 3.3.2 主流进口温度的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 新型双层壁冷却结构的换热特性分析 |
| 4.1 新型双层壁结构设计思路 |
| 4.2 不同煤油管道对新型双层壁结构换热的影响 |
| 4.2.1 对双层壁冷气侧壁面的影响 |
| 4.2.2 对双层壁燃气侧壁面的影响 |
| 4.2.3 对双层壁的整体影响 |
| 4.3 煤油管道进口流量对新型双层壁结构换热的影响 |
| 4.3.1 对双层壁冷气侧壁面的影响 |
| 4.3.2 对双层壁燃气侧壁面的影响 |
| 4.3.3 对双层壁的整体影响 |
| 4.4 煤油管道进出口压比对新型双层壁结构换热的影响 |
| 4.4.1 对双层壁冷气侧壁面的影响 |
| 4.4.2 对双层壁燃气侧壁面的影响 |
| 4.4.3 对双层壁的整体影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.1.1 典型双层壁冷却结构的流动换热特性 |
| 5.1.2 新型双层壁冷却结构的换热特性 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）燃气轮机透平气冷造型端壁的流动传热机制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号对照表 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 燃气轮机和透平端壁区域 |
| 1.2 平端壁的流动传热特性 |
| 1.2.1 端壁区域的流动特性 |
| 1.2.2 端壁表面的换热特性 |
| 1.2.3 端壁气膜冷却特性 |
| 1.3 改善端壁区域气动特性的措施 |
| 1.3.1 轴对称端壁 |
| 1.3.2 非轴对称端壁 |
| 1.4 燃烧室出口条件对于端壁区域流动和传热问题的影响 |
| 1.5 研究现状总结和本文的研究目的 |
| 1.5.1 研究现状总结 |
| 1.5.2 本文的研究目的 |
| 第2章 气冷造型端壁流动传热的实验和数值研究方法 |
| 2.1 本章引言 |
| 2.2 环形叶栅端壁气膜冷却实验台 |
| 2.2.1 环形叶栅端壁气膜冷却实验台系统组成 |
| 2.2.2 环形叶栅端壁气膜冷却实验台主流系统 |
| 2.2.3 环形叶栅端壁气膜冷却实验台试验段 |
| 2.2.4 环形叶栅端壁气膜冷却实验台叶栅周期性验证及进口流动条件 |
| 2.2.5 环形叶栅端壁气膜冷却实验台测量方法 |
| 2.3 带模拟燃烧室出口条件的造型端壁气膜冷却实验台 |
| 2.3.1 带模拟燃烧室出口条件的造型端壁气膜冷却实验台系统组成 |
| 2.3.2 带模拟燃烧室出口条件的造型端壁气膜冷却实验台主流系统 |
| 2.3.3 带模拟燃烧室出口条件的造型端壁气膜冷却实验台试验段 |
| 2.3.4 带模拟燃烧室出口条件的造型端壁气膜冷却实验台出流设计 |
| 2.3.5 带模拟燃烧室出口条件的造型端壁气膜冷却实验台流动参数 |
| 2.3.6 带模拟燃烧室出口条件的造型端壁气膜冷却实验台测量方法 |
| 2.4 造型端壁形状优化方法 |
| 2.4.1 造型端壁优化目标 |
| 2.4.2 造型端壁优化几何设置和参数化 |
| 2.4.3 造型端壁优化的数值计算方法及验证 |
| 2.5 基于逼近理想解的序数偏好方法(TOPSIS)的最优解确定 |
| 2.6 基于支持向量回归模型的非轴对称端壁全局敏感性分析方法 |
| 2.6.1 全局敏感性分析数据获取 |
| 2.6.2 支持向量回归模型(SVR) |
| 2.6.3 全局敏感性分析方法 |
| 2.7 数值模拟方法 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 轴对称端壁的优化和气膜冷却流动传热特性 |
| 3.1 本章引言 |
| 3.2 轴对称端壁气动优化 |
| 3.3 轴对称端壁气膜冷却的数值算法及其验证 |
| 3.3.1 轴对称端壁气膜冷却的数值计算方法 |
| 3.3.2 轴对称端壁气膜冷却的数值算法验证 |
| 3.3.3 端壁绝热冷却有效度的定义方法 |
| 3.4 冷气流量对轴对称端壁通道气动和端壁冷却特性影响 |
| 3.4.1 冷气流量对轴对称端壁冷却特性的影响 |
| 3.4.2 冷气流量对轴对称端壁通道气动特性的影响 |
| 3.4.3 轴对称端壁冷却射流与主流的相互作用机制 |
| 3.5 轴对称端壁对于端壁冷却特性的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 非轴对称端壁的多目标优化及敏感性分析 |
| 4.1 本章引言 |
| 4.2 非轴对称端壁多目标优化 |
| 4.2.1 非轴对称端壁多目标优化方法及结果 |
| 4.2.2 非轴对称端壁多目标优化结果的流场特性 |
| 4.2.3 非轴对称端壁多目标优化结果的换热特性 |
| 4.3 非轴对称端壁全局敏感性分析结果 |
| 4.3.1 基于基本效果分析方法(EET)的变量筛选结果 |
| 4.3.2 基于Sobol方法的敏感性分析结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 非轴对称端壁的气膜冷却特性 |
| 5.1 本章引言 |
| 5.2 非轴对称端壁气膜冷却研究对象和实验工况 |
| 5.2.1 非轴对称端壁气膜冷却研究对象 |
| 5.2.2 非轴对称端壁气膜冷却实验工况 |
| 5.3 非轴对称端壁气膜冷却数值计算方法及验证 |
| 5.4 非轴对称端壁不同位置的气膜冷却特性 |
| 5.4.1 非轴对称端壁和原型端壁通道压力分布 |
| 5.4.2 通道上游离散孔排 |
| 5.4.3 通道前部离散孔排 |
| 5.4.4 通道中部离散孔排 |
| 5.4.5 通道后部离散孔排 |
| 5.5 非轴对称端壁全覆盖气膜冷却特性 |
| 5.5.1 非轴对称端壁对于离散孔全覆盖气膜冷却特性的影响 |
| 5.5.2 冷气流量对于非轴对称端壁全覆盖气膜冷却特性的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 带模拟燃烧室出口条件的轴对称端壁区域气膜冷却流动传热特性 |
| 6.1 本章引言 |
| 6.2 研究对象描述和叶栅进口条件 |
| 6.3 端壁冷却特性 |
| 6.4 叶栅内流场和温度场 |
| 6.4.1 无气膜冷却射流时的叶栅内流场 |
| 6.4.2 气膜冷却射流形成的叶栅内流场和温度场 |
| 6.5 通道气动损失 |
| 6.6 泛冷却特性:叶片压力面和吸力面的冷却特性 |
| 6.7 本章小结 |
| 第7章 工作总结及展望 |
| 7.1 本文工作总结 |
| 7.2 本文主要创新点 |
| 7.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表学术论文与研究成果 |
（5）涡轮前缘层板冷却流动换热特性及凹陷涡强化换热机理（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的来源 |
| 1.2 研究背景及意义 |
| 1.3 冷却结构的作用机理及关键技术 |
| 1.3.1 高效冷却结构的作用机理 |
| 1.3.2 前缘层板结构区域的换热 |
| 1.3.3 冷却结构的关键技术 |
| 1.4 国内外研究现状 |
| 1.4.1 层板冷却结构的研究现状 |
| 1.4.2 前缘层板冷却结构的研究现状 |
| 1.4.3 凹陷涡发生器的研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 数值计算方法与验证 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 数值计算方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 湍流模型 |
| 2.3 网格生成方法及收敛性研究 |
| 2.3.1 网格生成方法 |
| 2.3.2 前缘层板冷却结构所用网格 |
| 2.3.3 流场计算细节及其收敛性 |
| 2.4 数值计算方法校验 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 曲率和靶距对涡轮前缘层板换热的机理研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 研究方法及目的 |
| 3.3 几何模型及研究方案 |
| 3.3.1 物理模型 |
| 3.3.2 研究方案 |
| 3.4 计算边界条件设定 |
| 3.5 数据处理 |
| 3.6 计算结果分析 |
| 3.6.1 前缘曲率对换热的影响 |
| 3.6.2 冲击靶距对换热的影响 |
| 3.6.3 综合换热效果分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 扰流柱和凹陷涡发生器参数对前缘层板换热的机理研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 前缘层板结构中扰流柱参数对换热的影响 |
| 4.2.1 研究方法及其目的 |
| 4.2.2 物理模型及方案设计 |
| 4.2.3 结果及其分析 |
| 4.2.4 综合换热性能 |
| 4.3 前缘层板结构中凹陷涡发生器直径和深度对换热的影响 |
| 4.3.1 研究方法及其目的 |
| 4.3.2 物理模型及其方案设计 |
| 4.3.3 结果分析 |
| 4.4 前缘层板结构中凹陷涡发生器形状对换热的影响 |
| 4.4.1 研究方法及其目的 |
| 4.4.2 物理模型及其方案设计 |
| 4.4.3 计算结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 曲率和靶距对带凹陷涡发生器的前缘层板换热的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 研究方法及其目的 |
| 5.3 物理模型及方案设计 |
| 5.4 计算结果及其分析 |
| 5.4.1 前缘曲率变化对换热的影响 |
| 5.4.2 冲击靶距变化对换热的影响 |
| 5.4.3 综合换热性能分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 带凹陷涡发生器的前缘层板流动换热模型 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 研究方法及其目的 |
| 6.3 雷诺数和气膜孔与冲击孔直径之比对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.3.1 冷却空气入口雷诺数模拟 |
| 6.3.2 气膜孔与冲击孔直径之比对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.4 前缘曲率和冲击靶距对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.4.1 前缘曲率对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.4.2 冲击靶距对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.5 扰流柱参数对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.5.1 扰流柱位置对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.5.2 扰流柱直径大小对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.5.3 扰流柱形状对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.6 凹陷涡发生器参数对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.6.1 凹陷涡发生器深度对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.6.2 凹陷涡发生器直径对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.6.3 凹陷涡发生器形状对靶面努塞尔数影响模拟 |
| 6.7 局部换热系数经验公式拟合 |
| 6.8 经验公式的准确性验证 |
| 6.9 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（6）涡轮叶片层板冷却结构内部流动与换热特性数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.1.1 选题背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 层板冷却技术 |
| 1.3 国内外研究概况 |
| 1.3.1 国外研究概况 |
| 1.3.2 国内研究概况 |
| 1.4 本文所做工作 |
| 第二章 层板冷却结构的数值模拟方法 |
| 2.1 流体流动与换热的基本控制方程 |
| 2.2 湍流模型 |
| 2.2.1 Standard k-ε模型 |
| 2.2.2 RNG k-ε模型 |
| 2.2.3 Realizablek-ε模型 |
| 2.3 计算域及网格生成 |
| 2.3.1 转子及静子计算模型 |
| 2.3.2 网格独立性实验 |
| 2.4 壁面处理及边界条件 |
| 2.5 数值计算方法 |
| 第三章 转子层板冷却结构内部流动与换热特性的数值研究 |
| 3.1 不同雷诺数影响 |
| 3.1.1 流场特性 |
| 3.1.2 换热特性 |
| 3.2 扰流柱布局影响 |
| 3.2.1 流场特性 |
| 3.2.2 换热特性 |
| 3.3 动叶冲击孔及气膜孔内部流场与换热 |
| 3.3.1 流场特性 |
| 3.3.2 换热特性 |
| 3.4 优化方向 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 静子层板冷却结构内部流动与换热特性的数值研究 |
| 4.1 不同雷诺数影响 |
| 4.1.1 流场特性 |
| 4.1.2 换热特性 |
| 4.2 扰流柱布局及形状影响 |
| 4.2.1 流场特性 |
| 4.2.2 换热特性 |
| 4.3 冲击孔及气膜孔内部流场与换热 |
| 4.3.1 流场特性 |
| 4.3.2 换热特性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
（7）燃气轮机燃烧室发散冷却耦合传热特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 燃气轮机燃烧室冷却技术 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 发散冷却的机理研究 |
| 1.3.2 燃气轮机燃烧室传热及冷却研究 |
| 1.4 本文的研究内容及意义 |
| 第二章 燃烧室发散冷却耦合传热分析与实验系统 |
| 2.1 燃烧室发散冷却耦合传热分析 |
| 2.2 燃烧室发散冷却实验系统 |
| 2.2.1 实验系统概述 |
| 2.2.2 模型燃烧室及冷却板 |
| 2.2.3 预混燃烧器 |
| 2.3 燃烧室发散冷却测量系统 |
| 2.3.1 红外热像仪测量 |
| 2.3.2 其他测量系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 燃烧室发散冷却非反应态耦合传热特性 |
| 3.1 实验测量及工况 |
| 3.2 流动和温度特性 |
| 3.2.1 流量及流量系数 |
| 3.2.2 燃烧室内及出口温度 |
| 3.2.3 冷却板表面温度分布 |
| 3.3 综合冷却效率特性 |
| 3.3.1 局部综合冷却效率 |
| 3.3.2 平均综合冷却效率 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 燃烧室发散冷却反应态耦合传热特性 |
| 4.1 实验测量及工况 |
| 4.2 流动和温度特性 |
| 4.2.1 流量及流量系数 |
| 4.2.2 燃烧室内及出口温度 |
| 4.2.3 冷却板表面温度分布 |
| 4.3 综合冷却效率特性 |
| 4.3.1 局部综合冷却效率 |
| 4.3.2 平均综合冷却效率 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 非反应态/反应态冷却性能对比及影响机理 |
| 5.1 参考温度的选取 |
| 5.2 最低展向平均综合冷却效率值及其位置 |
| 5.3 非反应态/反应态冷却性能对比及修正 |
| 5.4 数值模拟 |
| 5.4.1 数学物理模型和网格划分 |
| 5.4.2 数值方法和模型选择 |
| 5.4.3 边界条件及参数选取 |
| 5.4.4 计算模型的验证 |
| 5.5 数值结果分析 |
| 5.5.1 温度场及流场对比 |
| 5.5.2 冷却板冷侧/热侧冷却效率对比 |
| 5.5.3 主流与冷却射流的干涉机理 |
| 5.5.4 绝热冷却效率 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 环形燃烧室发散冷却特性 |
| 6.1 实验测量及工况 |
| 6.2 冷却空气流量的影响 |
| 6.2.1 温度分布 |
| 6.2.2 局部综合冷却效率分布 |
| 6.2.3 平均综合冷却效率 |
| 6.3 孔阵排布方式的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论及展望 |
| 7.1 全文工作总结 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 符号与标记 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的学术成果 |
（8）火焰筒壁层板冷却结构内部流动与换热特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 冲击冷却 |
| 1.2.2 气膜冷却 |
| 1.2.3 冲击+气膜冷却 |
| 1.2.4 多孔层板冷却 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第二章 数值计算模型与方法 |
| 2.1 物理和计算模型 |
| 2.1.1 计算模型 |
| 2.1.2 网格 |
| 2.1.3 计算模型设置 |
| 2.1.4 边界条件 |
| 2.2 控制方程 |
| 2.3 湍流模型可靠性验证 |
| 2.4 湍流模型 |
| 2.4.1 Realizable k-?湍流模型 |
| 2.5 特征参数定义 |
| 第三章 火焰筒壁层板冷却结构内部流动与换热特性数值研究 |
| 3.1 冲击孔直径的影响 |
| 3.1.1 计算参数 |
| 3.1.2 流动特性分析 |
| 3.1.3 换热特性分析 |
| 3.2 扰流柱直径(堵塞比)的影响 |
| 3.2.1 计算参数 |
| 3.2.2 流动特性分析 |
| 3.2.3 换热特性分析 |
| 3.3 溢流孔直径的影响 |
| 3.3.1 计算参数 |
| 3.3.2 流动特性分析 |
| 3.3.3 换热特性分析 |
| 3.4 冲击高度(扰流柱高度)的影响 |
| 3.4.1 计算参数 |
| 3.4.2 流动特性分析 |
| 3.4.3 换热特性分析 |
| 3.5 流向间距的影响 |
| 3.5.1 计算参数 |
| 3.5.2 流动特性分析 |
| 3.5.3 换热特性分析 |
| 3.6 展向间距的影响 |
| 3.6.1 计算参数 |
| 3.6.2 流动特性分析 |
| 3.6.3 换热特性分析 |
| 3.7 射流雷诺数的影响 |
| 3.7.1 计算参数 |
| 3.7.2 流动特性分析 |
| 3.7.3 换热特性分析 |
| 3.8 层板冷却换热的拟合关系式 |
| 3.8.1 努塞尔数拟合关系式 |
| 3.8.2 努塞尔数拟合关系式的结果分析 |
| 3.9 本章小结 |
| 第四章 火焰筒壁层板冷却结构内部流动与换热特性实验研究 |
| 4.1 实验系统 |
| 4.1.1 供气系统 |
| 4.1.2 加热器 |
| 4.1.3 质量流量控制器 |
| 4.1.4 压力、温度测量装置 |
| 4.2 实验段和实验件设计 |
| 4.3 数据处理及误差分析 |
| 4.4 实验结果及分析 |
| 4.4.1 实验结果与数值模拟的比较 |
| 4.4.2 实验结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文研究结论 |
| 5.1.1 火焰筒壁层板冷却结构内部流动与换热特性数值研究 |
| 5.1.2 火焰筒壁层板冷却结构内部流动与换热特性实验研究 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间发表的学术论文 |
（9）叶片前缘层板冷却传热特性模拟试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 涡轮叶片冷却技术的发展 |
| 1.3 层板冷却技术国内外研究现状 |
| 1.3.1 层板冷却技术的应用 |
| 1.3.2 层板冷却技术的基础研究 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 叶片前缘层板冷却结构参数对综合冷却效果的影响研究 |
| 2.1 物理模型与计算域 |
| 2.2 计算方法 |
| 2.3 边界条件和网格划分 |
| 2.3.1 边界条件 |
| 2.3.2 网格划分及其独立性验证 |
| 2.4 物理参数定义 |
| 2.5 计算结果与分析 |
| 2.5.1 典型层板冷却叶片模型（A1-C-U模型）前缘流动与传热特性 |
| 2.5.2 绕流方式对层板冷却叶片前缘流动与传热特性的影响 |
| 2.5.3 扰流柱形状对层板冷却叶片前缘流动与传热特性的影响 |
| 2.5.4 冲击孔轴线设置方式对层板冷却叶片前缘流动与传热特性的影响 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 平均密流比和温比对典型层板冷却叶片前缘流动与传热特性的影响 |
| 3.1 计算模型及边界条件 |
| 3.2 平均密流比对典型层板冷却叶片前缘流动与传热特性的影响 |
| 3.2.1 平均密流比对典型层板冷却叶片前缘流动特性的影响 |
| 3.2.2 平均密流比对典型层板冷却叶片前缘传热特性的影响 |
| 3.3 温比对典型层板冷却叶片前缘流动与传热特性的影响 |
| 3.3.1 温比对典型层板冷却叶片前缘流动特性的影响 |
| 3.3.2 温比对典型层板冷却叶片前缘传热特性的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 层板冷却叶片放大模型前缘流动与传热特性模拟试验研究 |
| 4.1 试验系统 |
| 4.1.1 试验台 |
| 4.1.2 试验模型 |
| 4.2 数据采集与处理 |
| 4.2.1 压力测量系统 |
| 4.2.2 温度测量系统 |
| 4.2.3 流量测量系统 |
| 4.2.4 数据处理方法 |
| 4.3 试验步骤 |
| 4.4 试验结果与分析 |
| 4.4.1 温比对层板冷却叶片前缘传热特性的影响 |
| 4.4.2 平均密流比对层板冷却叶片前缘传热特性的影响 |
| 4.5 平均冷却效率的误差分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 层板冷却叶片前缘传热相似性数值模拟研究 |
| 5.1 物理模型与计算域 |
| 5.2 计算方法 |
| 5.3 边界条件和网格划分 |
| 5.3.1 边界条件 |
| 5.3.2 网格划分 |
| 5.4 平均密流比对典型层板冷却叶片放大试验模型前缘流动与传热特性的影响 |
| 5.4.1 平均密流比对典型层板冷却叶片放大试验模型前缘流动特性的影响 |
| 5.4.2 平均密流比对典型层板冷却叶片放大试验模型前缘传热特性的影响及修正 |
| 5.5 温比对典型层板冷却叶片放大试验模型前缘流动与传热特性的影响 |
| 5.5.1 温比对典型层板冷却叶片放大试验模型前缘流动特性的影响 |
| 5.5.2 温比对典型层板冷却叶片放大试验模型前缘传热特性的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
| 附录 |
（10）涡轮高效冷却结构设计方法及换热机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 冷却结构设计的关键技术 |
| 1.3 高效冷却结构的作用机制 |
| 1.3.1 外部换热 |
| 1.3.2 前缘双层壁区域换热 |
| 1.3.3 叶片弦长中部区域换热 |
| 1.3.4 尾缘区域换热 |
| 1.3.5 高效冷却结构设计 |
| 1.4 传热与气动耦合优化设计机制 |
| 1.4.1 气动优化设计发展 |
| 1.4.2 涡轮气动传热协同优化设计发展 |
| 1.5 本文主要研究目的及内容 |
| 第2章 冷却结构设计分析方法及验证 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 管网设计分析方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 节点控制方程 |
| 2.2.3 管网计算的求解方法 |
| 2.2.4 平台搭建 |
| 2.3 三维计算分析方法 |
| 2.3.1 控制方程 |
| 2.3.2 湍流模型 |
| 2.3.3 气动及传热网格生成方法及收敛性研究 |
| 2.4 计算及分析方法验证 |
| 2.4.1 涡轮端壁计算方法验证 |
| 2.4.2 涡轮外壁面换热数值验证 |
| 2.4.3 涡轮冲击换热数值验证 |
| 2.4.4 尾缘区域换热数值验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 涡轮高效冷却结构优化设计方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 冷却结构设计方法研究 |
| 3.2.1 不带气膜孔冷却结构设计 |
| 3.2.2 带气膜孔冷却结构设计 |
| 3.3 气热耦合优化设计方法研究 |
| 3.3.1 静叶冷却结构及叶型气热耦合优化 |
| 3.3.2 动叶冷却结构及叶型气热耦合优化 |
| 3.3.3 整级冷却结构及叶型气热耦合优化 |
| 3.3.4 冷却结构设计方法换热能力提升评估 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 涡轮叶片外壁面及端壁流动换热机理研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 不同进口参数对外壁面换热特性影响 |
| 4.2.1 物理模型及研究方案 |
| 4.2.2 进口雷诺数影响 |
| 4.2.3 进口湍流度影响 |
| 4.2.4 进口湍流尺度影响 |
| 4.2.5 进口马赫数影响 |
| 4.2.6 粗糙度影响 |
| 4.3 不同工况下弯叶片对涡轮端壁换热及气动的影响 |
| 4.3.1 问题提出 |
| 4.3.2 物理模型及研究方案 |
| 4.3.3 一维数据分析 |
| 4.3.4 弯叶片对传热的影响 |
| 4.3.5 弯叶片对气动的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 涡轮内部层板及双层壁结构换热机理 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 带扰流柱层板冷却结构中扰流柱参数对换热的影响 |
| 5.2.1 研究方法以及目的 |
| 5.2.2 物理模型 |
| 5.2.3 计算边界条件及网格生成 |
| 5.2.4 数据处理 |
| 5.2.5 结果分析 |
| 5.3 带扰流柱层板结构换热提升方法 |
| 5.3.1 研究方法以及目的 |
| 5.3.2 物理模型以及方案设计 |
| 5.3.3 结果分析 |
| 5.4 前缘双层壁强化换热研究 |
| 5.4.1 研究方法以及目的 |
| 5.4.2 物理模型 |
| 5.4.3 结果及分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 凹坑结构对涡轮尾缘换热强化的机理研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 凹坑位置对尾缘带柱冷却结构流动换热影响 |
| 6.2.1 问题提出及物理模型 |
| 6.2.2 数据处理 |
| 6.2.3 初始分析 |
| 6.2.4 流场分析 |
| 6.2.5 换热及流阻分析 |
| 6.2.6 综合换热效果 |
| 6.3 不同凹坑深度以及不同收敛角度对流动换热影响 |
| 6.3.1 问题提出及物理模型 |
| 6.3.2 流场分析 |
| 6.3.3 收敛角度影响 |
| 6.3.4 凹坑深度影响 |
| 6.3.5 综合换热效果 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
四、层板冷却结构传热优化数值模拟研究（论文参考文献）
- [1]透平叶片端壁及前缘冷却特性的数值研究[D]. 姚然. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]高速电主轴新型层板冷却水套的热特性研究[D]. 焦宇琳. 西安理工大学, 2020(01)
- [3]新型空气/煤油双层壁冷却结构流动换热特性研究[D]. 叶程. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [4]燃气轮机透平气冷造型端壁的流动传热机制[D]. 陈娉婷. 清华大学, 2019(01)
- [5]涡轮前缘层板冷却流动换热特性及凹陷涡强化换热机理[D]. 张议丰. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [6]涡轮叶片层板冷却结构内部流动与换热特性数值研究[D]. 陈子煜. 厦门大学, 2019(09)
- [7]燃气轮机燃烧室发散冷却耦合传热特性研究[D]. 吉雍彬. 上海交通大学, 2019(06)
- [8]火焰筒壁层板冷却结构内部流动与换热特性研究[D]. 高宇. 南京航空航天大学, 2019(02)
- [9]叶片前缘层板冷却传热特性模拟试验研究[D]. 郭瑞. 南京航空航天大学, 2017(03)
- [10]涡轮高效冷却结构设计方法及换热机理研究[D]. 罗磊. 哈尔滨工业大学, 2016(02)