摘要：为了获得不同冲击孔径(IA),冲击孔流向间距(IFD)和冲击孔展向间距(ISD)耦合作用对回流燃烧室小弯管冲击冷却特性及结构热应力的影响,开展了数值计算(CFD)及有限元分析(FEA)。选择试验设计(DOE)中的最优拉丁超立方(Opt LHD)采样确定了设计空间中的样本点,构建了高精度径向基神经网络模型,并基于改进非劣类(NSGA-Ⅱ)算法对综合冷却效率,壁温分布不均匀系数以及壁面最大热应力进行了多目标寻优,结果表明:综合冷却效率,壁温分布不均匀系数和壁面最大热应力随流向展向间距比、流向间距孔径比和展向间距孔径比的增大而减小;通过多目标NSGA-Ⅱ算法获得了小弯管冲击冷却结构Pareto前沿的3个目标函数值的范围为壁面最大热应力不大于5 MPa,综合冷却效率不小于0.66,壁温分布不均匀系数不大于0.16;小弯管冲击冷却综合最优结构的组合为:冲击孔径为0.94 mm,冲击孔流向间距为4.04 mm,冲击孔展向间距为5.45 mm。

摘要：采用数值方法开展了变径孔射流冲击冷却的流动与传热性能研究。设计了3种变径孔射流冲击冷却结构,即收缩孔、直孔、扩张孔。对比了不同雷诺数情况下3种孔型射流冲击冷却的流动与传热特性。分析了雷诺数和孔型对射流冲击冷却流动性能、传热性能和综合热力性能的影响。拟合得到了不同孔型冲击冷却的平均努塞尔数、压力损失系数和综合热力系数有关于雷诺数的经验关联式。结果表明:与直孔冲击冷却相比,雷诺数为6000~30 000时,收缩孔冲击冷却的压力损失系数增加了约16.67倍~21.09倍,靶面平均努塞尔数提升了约0.96倍~1.85倍;扩张孔冲击冷却的压力损失系数降低了约22.55%~33.68%,靶面平均努塞尔数降低了约5.62%~10.85%。在3种孔型中,收缩孔冲击冷却的传热性能最优、流动性能最差,直孔冲击冷却的传热性能和流动性能都处于中等水平,而扩张孔冲击冷却的传热性能最差、流动性能最好。当雷诺数小于24 000时,扩张孔冲击冷却的综合热力性能最优,其次为直孔冲击冷却,而收缩孔冲击冷却的综合热力性能最差。当雷诺数大于等于24 000时,3种孔型冲击冷却的综合热力性能很接近。研究结果可以为未来先进燃气轮机内部变径孔冲击冷却的设计提供一定的参考。

摘要：针对高能流密度下密集阵列光伏组件的冷却控温问题,采用模块化阵列射流冲击装置实现电池控温。基于Fluent软件对密排光伏组件阵列射流冲击换热进行数值模拟,研究不同射流孔径、冲击间距比与射流孔长径比等关键参数对其电池冷却的影响特性,综合分析了质量流量和能流密度变化对其冷却效果和所获电能的影响规律。结果表明冲击间距比对电池的换热效果存在最优值,在本文范围内h_(3)/d=4.5时换热效果最佳,但随着孔径的增大其换热均匀性有所下降;射流孔高度增大,换热效果和电池表面温度均匀性均降低;随着电池表面聚焦能量增加,其发电功率将成比例增加,而电池温度仅有小幅度升高;随着质量流量的合理增加,电池温度大幅度降低,且所产生的压降功耗基本不变。该文工作能为高倍聚光密集阵列光伏组件的高效均匀控温设计提供基础。

摘要：冲击冷却是涡轮冷却中常见的方式,其优化设计涉及多种几何参数,是典型的高维问题。在冲击冷却结构的设计过程中,需要根据涡轮的热负荷情况适应性地设计冷却结构,以提高综合冷却效率和表面温度的均匀性。实验或数值模拟耗时长且成本高,而代理模型可以快速预测结果,配合计算机自动寻优算法可显著提高设计效率和效果。为了降低优化设计的成本、提高优化过程的效率,以平板冲击冷却为研究对象,同时考虑非均匀热负荷的影响,通过数值模拟构建数据集,建立了基于迭代算子神经网络的代理模型,并使用遗传算法对斑状非均匀热载荷条件下孔位置排布进行了优化。优化结果显示:对于优化潜力较低的结构,优化策略保持了靶板平均温度水平不变;对于优化潜力较高的结构,可以降低靶板平均温度约2.6 K;所研究各结构的表面温度标准差普遍降低70%以上。

摘要：为了深入了解冲击冷却在涡轮叶片前缘的应用效果,建立了其附近梯形内冷通道的放大模型,对冲击冷却进行试验研究,测量腔内流场和壁面换热特性,在已掌握流动结构的基础上进行换热分析,更好地理解此类受限通道内冲击冷却的强化换热机理,为更高效的内冷通道设计提供参考。使用热电偶对通道靶面温度进行了详细测量,研究射流角度、横流和射流雷诺数对靶面换热努塞尔数的影响规律。结果表明:较低位置射流对靶面具有较强的冲击作用,而较高位置射流未对靶面形成冲击;射流入射角度的增加会提高较低位置射流在靶面上的冲击换热能力,对较高位置射流的换热没有明显影响;较强的横流将严重削弱靶面冲击区的换热能力,射流雷诺数的增加将大幅提高整个靶面上的换热能力;换热试验结果与前期研究的流场分析结论非常一致。

摘要：引射火箭能够为火箭基组合循环(RBCC)发动机提供大推力,但是其喉部面临着极高的热载荷。本文提出使用冲击冷却的方式对引射火箭进行局部热防护,建立了射流冲击冷却的三维数值模型,研究了喉部曲率半径和冲击孔数量对冷却性能的影响,结果表明在设计半径R=(1~2)R_(t)范围内,R的取值对射流冲击换热无明显影响;靶面平均对流换热系数随冲击孔数量n的增大而减小,分布均匀程度随n先增大后减小,冲击孔数量n=6时换热效率最高。

摘要：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。

摘要：为了研究火焰筒壁面冲击+逆向对流+气膜复合冷却方式的传热特性,设计了6种不同几何结构的实验件,搭建了实验台,采用红外热像仪对其传热特性进行了研究.结果表明,冷却效率随吹风比的增大而增大;在气膜出口与冲击位置之间,气膜冷却效率沿主流方向不断增加,在相同的冷却壁面处,冷却效率随冲击位置距气膜出口的增加而减小;越过冲击位置,冷却效率随壁面位置的增加而减小.在冷却壁面的任一位置,冷却效果随冲击间距的减小而增大.

摘要：为提升船用燃气轮机涡轮叶片的内部冷却性能,对双层壁构型中的内腔进行格子阵列化设计,采用三维数值模拟方法对比分析格子阵列结构和光滑结构的流动传热特性。结果表明,格子阵列中形成的有序大尺度强制纵向涡,能够在大幅强化内腔传热的同时,使外腔射流冲击获得更高的初始动量,克服横流影响,强化靶面传热,形成内外协同的强化传热能力。格子阵列能有效改善射流冲击的孔间分配,从而提高靶面传热的展向均匀性。研究结果对涡轮叶片双层冷却构型的优化设计有一定的指导意义。

摘要：燃气轮机一级静叶冷却结构非常复杂,要提高燃气轮机的设计水平,在现有的结构和设计的基础上,需要进行更加精细化的设计,需要对多种设计因素进行综合考虑,挖掘现有结构的冷却潜力。本文采用数值计算方法,研究了叶栅环境下,冲击衬套的使用对于一级静叶气膜孔流量分配和气膜冷却效率的影响。结果表明,冲击衬套会影响气膜孔的流量分配,而流量分配是传热的基础。同时,冲击腔会改善气膜孔内的流动,在流量不变的条件下提升气膜冷却效率。