某重型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室沖擊冷卻特性研究
發(fā)布時(shí)間：2021-03-26 19:23
沖擊冷卻具有較高換熱系數(shù),在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室得到重要應(yīng)用。通過(guò)流固耦合傳熱（Coupled Heat Transfer,CHT）計(jì)算方法研究了沖擊冷卻孔排列方式、沖擊高度與冷卻孔徑之比Zn/D和初始橫流對(duì)某重型燃機(jī)燃燒室火焰筒沖擊冷卻特性的影響。得到如下結(jié)論:三者對(duì)沖擊換熱效率均有顯著影響,其中Zn/D=3.7時(shí),直列陣列相鄰列之間的橫流更規(guī)則,冷卻效果優(yōu)于錯(cuò)排陣列;當(dāng)Zn/D在2.0～6.0范圍內(nèi)時(shí),隨著Zn/D的增大,冷卻效率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),存在一個(gè)最佳換熱范圍2.7≤Zn/D≤4.6,此時(shí)射流冷卻與對(duì)流冷卻匹配合理,冷卻效率較高;初始橫流對(duì)沖擊冷卻性能有很大削弱作用,應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免。
【文章來(lái)源】：汽輪機(jī)技術(shù). 2020,62(04)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)
【部分圖文】：
計(jì)算幾何模型
圖2為Zn/D=3.7時(shí)錯(cuò)排陣列和直排陣列的壁溫和火焰筒外表面流線分布圖。對(duì)比圖2(a)與圖2(b)可以看出,兩者壁面上游對(duì)應(yīng)沖擊孔處均存在冷卻效果很好的近似規(guī)則圓形的低溫區(qū),沿空氣流動(dòng)方向逐漸變淡并偏離沖擊孔對(duì)應(yīng)位置。這主要是由于上游空氣沖擊壁面后形成累積橫流,以及射流產(chǎn)生的渦旋弱化了射流深度的結(jié)果。錯(cuò)排陣列下游壁溫明顯升高,且低溫區(qū)偏移量也較直排陣列增大很多。這與圖2(d)顯示結(jié)果一致,直排陣列中相鄰列之間的橫流因受主流方向引導(dǎo)而規(guī)則集中在兩列沖擊孔之間,對(duì)相鄰列射流產(chǎn)生的影響小,減弱了橫流對(duì)射流的影響,提高了整體換熱效果;相反,圖2(c)中錯(cuò)排陣列的流線則比較復(fù)雜,交叉排列使得橫流在兩列孔之間流動(dòng)時(shí),受到單側(cè)射流的擠壓而向相反向發(fā)生偏移,進(jìn)而影響反向側(cè)射流。圖3為沿X方向每排冷卻孔對(duì)應(yīng)的空間平均冷卻效率曲線。無(wú)論哪種排列方式,冷卻效率均表現(xiàn)出從前到后依次下降的規(guī)律,錯(cuò)排陣列因受累積橫流影響較大,因此下降幅值也較大。其中,前兩排由于前壁面處渦流影響,效率略高于第三排屬正�，F(xiàn)象,不影響換熱規(guī)律分析,后面不再贅述。
圖3為沿X方向每排冷卻孔對(duì)應(yīng)的空間平均冷卻效率曲線。無(wú)論哪種排列方式,冷卻效率均表現(xiàn)出從前到后依次下降的規(guī)律,錯(cuò)排陣列因受累積橫流影響較大,因此下降幅值也較大。其中,前兩排由于前壁面處渦流影響,效率略高于第三排屬正�，F(xiàn)象,不影響換熱規(guī)律分析,后面不再贅述。同冷卻效率η一樣,努賽爾數(shù)Nu是表征換熱性能優(yōu)劣的無(wú)量綱數(shù),二者在數(shù)值上差別很大,但在度量換熱性能優(yōu)劣時(shí)意義是一樣的。圖4為CFD計(jì)算中錯(cuò)排陣列的冷卻效率與直排陣列冷卻效率的比值ηs/ηl和文獻(xiàn)[7]中錯(cuò)排陣列的努賽爾數(shù)與直排陣列努賽爾數(shù)的比值Nus/Nul的對(duì)比關(guān)系,可以看出,CFD計(jì)算值變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)[7]中實(shí)驗(yàn)值吻合很好,直排陣列的冷卻效果大于錯(cuò)排陣列,故兩個(gè)比值均小于1,因累計(jì)橫流影響且沿程逐漸減小,同時(shí)也證實(shí)了本文采用的計(jì)算方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選取的合理性與準(zhǔn)確性。因此,在Zn/D=3.7,其它條件相同時(shí),直排陣列因受橫流影響小,在壁面上不會(huì)形成明顯的局部高溫區(qū),相比錯(cuò)排陣列更有利于沖擊換熱,性能更優(yōu)。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]雙徑向反向旋流器燃燒室冷態(tài)流場(chǎng)數(shù)值研究[J]. 鳳云仙,馮珍珍,田曉晶,楊安建,宋超. 東方汽輪機(jī). 2017(04)
[2]沖擊冷卻結(jié)構(gòu)流動(dòng)傳熱特性研究[J]. 任敏,陸訓(xùn)豐,李雪英,李威宏,任靜,蔣洪德. 工程熱物理學(xué)報(bào). 2017(07)
本文編號(hào)：3102119
【文章來(lái)源】：汽輪機(jī)技術(shù). 2020,62(04)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)
【部分圖文】：
計(jì)算幾何模型
圖2為Zn/D=3.7時(shí)錯(cuò)排陣列和直排陣列的壁溫和火焰筒外表面流線分布圖。對(duì)比圖2(a)與圖2(b)可以看出,兩者壁面上游對(duì)應(yīng)沖擊孔處均存在冷卻效果很好的近似規(guī)則圓形的低溫區(qū),沿空氣流動(dòng)方向逐漸變淡并偏離沖擊孔對(duì)應(yīng)位置。這主要是由于上游空氣沖擊壁面后形成累積橫流,以及射流產(chǎn)生的渦旋弱化了射流深度的結(jié)果。錯(cuò)排陣列下游壁溫明顯升高,且低溫區(qū)偏移量也較直排陣列增大很多。這與圖2(d)顯示結(jié)果一致,直排陣列中相鄰列之間的橫流因受主流方向引導(dǎo)而規(guī)則集中在兩列沖擊孔之間,對(duì)相鄰列射流產(chǎn)生的影響小,減弱了橫流對(duì)射流的影響,提高了整體換熱效果;相反,圖2(c)中錯(cuò)排陣列的流線則比較復(fù)雜,交叉排列使得橫流在兩列孔之間流動(dòng)時(shí),受到單側(cè)射流的擠壓而向相反向發(fā)生偏移,進(jìn)而影響反向側(cè)射流。圖3為沿X方向每排冷卻孔對(duì)應(yīng)的空間平均冷卻效率曲線。無(wú)論哪種排列方式,冷卻效率均表現(xiàn)出從前到后依次下降的規(guī)律,錯(cuò)排陣列因受累積橫流影響較大,因此下降幅值也較大。其中,前兩排由于前壁面處渦流影響,效率略高于第三排屬正�，F(xiàn)象,不影響換熱規(guī)律分析,后面不再贅述。
圖3為沿X方向每排冷卻孔對(duì)應(yīng)的空間平均冷卻效率曲線。無(wú)論哪種排列方式,冷卻效率均表現(xiàn)出從前到后依次下降的規(guī)律,錯(cuò)排陣列因受累積橫流影響較大,因此下降幅值也較大。其中,前兩排由于前壁面處渦流影響,效率略高于第三排屬正�，F(xiàn)象,不影響換熱規(guī)律分析,后面不再贅述。同冷卻效率η一樣,努賽爾數(shù)Nu是表征換熱性能優(yōu)劣的無(wú)量綱數(shù),二者在數(shù)值上差別很大,但在度量換熱性能優(yōu)劣時(shí)意義是一樣的。圖4為CFD計(jì)算中錯(cuò)排陣列的冷卻效率與直排陣列冷卻效率的比值ηs/ηl和文獻(xiàn)[7]中錯(cuò)排陣列的努賽爾數(shù)與直排陣列努賽爾數(shù)的比值Nus/Nul的對(duì)比關(guān)系,可以看出,CFD計(jì)算值變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)[7]中實(shí)驗(yàn)值吻合很好,直排陣列的冷卻效果大于錯(cuò)排陣列,故兩個(gè)比值均小于1,因累計(jì)橫流影響且沿程逐漸減小,同時(shí)也證實(shí)了本文采用的計(jì)算方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選取的合理性與準(zhǔn)確性。因此,在Zn/D=3.7,其它條件相同時(shí),直排陣列因受橫流影響小,在壁面上不會(huì)形成明顯的局部高溫區(qū),相比錯(cuò)排陣列更有利于沖擊換熱,性能更優(yōu)。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]雙徑向反向旋流器燃燒室冷態(tài)流場(chǎng)數(shù)值研究[J]. 鳳云仙,馮珍珍,田曉晶,楊安建,宋超. 東方汽輪機(jī). 2017(04)
[2]沖擊冷卻結(jié)構(gòu)流動(dòng)傳熱特性研究[J]. 任敏,陸訓(xùn)豐,李雪英,李威宏,任靜,蔣洪德. 工程熱物理學(xué)報(bào). 2017(07)
本文編號(hào)：3102119
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