采用流体网络与气热耦合方法的涡轮叶片复合冷却结构改型设计

将流体网络方法应用于高性能涡轮叶片复合冷却结构的设计中,开发了气热耦合数值计算方法,并对其进行了可靠性验证．对采用复合冷却方式的某型高压动叶内部冷却结构进行基于流体网络分析的快速预测,评估其气动与传热特性．针对网络分析结果,提出3种改进措施,即调整不同冷却通道冷却气体流量、减小通道转弯结构流阻、以及调整局部高温区的内冷几何结构．通过全三维燃气．固体叶片一冷却气流耦合计算验证,指出改型设计降低了叶片表面最高温度,整体温度分布更加均匀,冷气入口参数匹配合理．结果表明,计算方法大大缩短了涡轮叶片复杂冷却结构的设计周期．     

介质阻挡放电等离子体流动控制的研究

在等离子体激励因素诱导流场变化实验和数值模拟分析的基础上,探索了介质阻挡放电等离子体流动控制的效应．结果表明湍流模型比层流模型可获得更好的结果．通过平板流动实验与压气机叶栅实验相结合的措施,研究了等离子体对外流、内流加速与抑制流动分离的耦合作用．实验结果表明：等离子体激励可以改变边界层的速度特性;在流速低于20m／s时,等离子体激励可显著改善栅后总压和速度分布特征;流速接近50m／s时,等离子体仍会明显改变总压和速度的最小值;可见,在低速流动条件下,采用等离子体激励方式能达到抑制流动分离的目的．     

基于格子Botlzmann方法的三维多孔介质中多相导热过程的研究

建立了模拟三维多孔介质中多相导热过程的格子Boltzmann模型,结合三维多孔介质重构算法,从孔隙尺度对CPL／LHP毛细芯中的瞬态导热过程进行了模拟,计算了不同条件下毛细芯内温度分布,分析了热负荷、孔隙率等因素对导热过程的影响,并计算了三维多孔介质的有效导热系数．     

向心涡轮叶轮顶部间隙泄漏流动特性研究

对微型燃气轮机向心涡轮叶轮顶部间隙泄漏流动,在级环境下进行了全三维粘性数值模拟研究．结果表明,轮盖和叶轮叶片顶部之间的相对运动引起的刮削流以及叶轮顶部压力面和吸力面两侧的压差对间隙泄漏流动起主要控制作用,叶顶线速度越高,间隙尺寸越小,刮削作用越强;改变叶轮转速对叶轮中部和导风轮顶部间隙内的泄漏速度影响不大,但是叶轮转速能明显影响通道涡涡核与吸力面之间的距离;间隙泄漏量主要在导风轮顶部区域形成,如布置泄漏抑制结构,在轮盖子午弦长的中后部将是最有效的．     

射流频率对转子失速裕度影响的探索

转子叶尖射流能够有效的提高压气机的失速裕度,其中,周期性射流是研究中常见的射流形式.本文的目的在于探索射流频率对转子失速裕度的影响.采用非定常数值方法对不同频率射流作用下的转子流场进行了模拟.对不同频率射流作用下转子失速裕度的对比发现,存在一个转子扩稳的最优射流频率,当射流频率远离这个最优频率,射流扩稳效果逐渐降低.对于本文的转子,最优射流频率与叶尖泄露涡振荡频率之比约为1.5.对98.5%叶高位置叶片负荷的时均分布分析发现,与其他射流频率相比,最优射流频率下转子前缘附近负荷最低,因此能够推迟失速的发生.     

涡轮增压器涡壳流场模拟及变工况特性分析

涡壳是涡轮增压器的重要组成部分,其运行的好坏直其影响涡轮增压器效率.本文采用CFD模拟方法,对变转速时涡壳内速度、温度分布进行模拟,从而得出了涡壳内的流场分布规律和变工况特性,并提出了用增速比和减温比来衡量涡壳效率,为改进和优化涡壳设计以使其工作在最佳工况提供可靠理论依据.     

机械密封端面间液膜摩擦热的传热规律

建立了由机械密封的动环、静环、端面间液膜和密封介质组成的传热系统,研究了液膜摩擦热的传热规律．影响传热规律的主要因素有密封环对介质的给热系数、摩擦热流密度和摩擦热的分配系数等．推导了密封环与液膜的温度分布方程,在考虑液膜黏度随温度变化的基础上,对液膜的摩擦热和密封环的热变形进行了耦合分析,确定了变形端面之间的夹角．研究表明,液膜摩擦热对液膜特性和密封性能的影响显著,其不仅改变了端面间的间隙形式,而且使液膜黏度减小,导致泄漏率增加．传热系统的最高温度位于液膜内径处,绝大部分摩擦热通过动环传递到介质中．依据提出的传热分析方法,可确定密封环的最佳几何尺寸并选择合适的密封环材料．     

离心压缩机的扩压器内部流场分析及其结构优化

首先对等宽型无叶扩压器内部流动情况进行了较为详细的分析,在此分析基础上进行了两处改进：1）将等宽型无叶扩压器改为收缩型无叶扩压器;2）在原等宽无叶扩压器中加装导向叶片,并利用CFD软件（FLUENT）对改进后的扩压器内部流场进行数值模拟。从模拟结果上看：改进后的扩压器其内部流动不均匀情况得到明显改善,拥有了良好的气动性,从而有效地提高了压缩机整体性能。     

高速冷态气流中煤油雾化现象的实验研究

研究煤油在超声速冷态气流中的雾化现象．利用下吹式超声速风洞产生超声速气流,煤油喷射采用高压氮气驱动,流场显示采用阴影和平面激光诱导荧光（PLIF）方法,改变来流总压和煤油喷射压力,得到了流场阴影照片和煤油荧光光强分布图像．结果表明：结合阴影和PLIF方法,是研究煤油在高速气流中雾化现象的较好方法,PLIF法可精确显示煤油液滴分布,阴影法可显示流场波系,为PLIF法提供补充;射流和来流的动压比越大,穿透深度也越大,射流更容易破碎和雾化,但同时也会诱导更强的激波,造成更大的总压损失;三维、非定常表面波是引起射流柱破碎的重要因素,较大的动压比会加速表面波的发展,增大表面波的振幅,较小的动压比会抑制表面波的发展．     

STPV系统中辐射吸收器热分析及优化

对太阳能热光伏系统中的能量吸收装置进行了数值模拟,研究了太阳光不平行度对其聚光性能的影响,对不同入口条件下辐射器空腔内的流场分布及壁面温度进行了对比,发现在开口系统中,空气自然对流对辐射器壁温有很大影响,从开口处泄漏的空气会带走壁面及辐射器空腔中的热量,使得壁面温度降低,从而减小了电池的输出功率．最后提出在辐射器开口处布置一种优化设计的选择性薄膜,可减少辐射损失,有效提高辐射器温度及系统输出电功率．     

轴流压气机变工况导叶/静叶/转速联调规律探索

本文采用实验研究方法,在导静叶可调、三级、低速、轴流压气机实验台上,分析了导叶/静叶安装角调节对压气机设计工况及非设计工况下性能的影响,主要以压气机的效率和稳定裕度作为优化目标考察其规律的变化.研究结果表明：通过优化导/静叶安装角的匹配,可有效改善压气机非设计工况下的性能,尝试了采用DSP（动态数据处理）技术,依据转速与动叶攻角的对应关系,在线实现了导/静叶安装角的调节.     

沾化凹陷异常高压分布特征及其成因机制探讨

采用声波时差法计算沾化凹陷沙三、沙四段的地层压力。发现异常高压纵向上存在两个独立的异常高压系统,规模较大、持续活动强的断层往往是异常高压区的边界,并起到泄压的作用。平面上,以洼陷为中心形成异常高压区,向外逐渐过渡为正常压力带。从沙三上段至沙三四上段,异常高压范围经历了一个扩张-萎缩的旋回,沙三下段凹陷内异常高压分布面积达到最大。对沾化凹陷新生代沉降史及生排烃史的研究表明,较高的沉积速率及有机质生烃是沾化凹陷异常高压发育的主要因素。构造作用通过断层泄压、控制沉积速率及有机质展布起到对异常高压分布直接或间接的控制作用。     

浮法玻璃表面渗锡过程的数值模拟

通过分析浮法玻璃渗锡机理,综合考虑玻璃内部氧活度及锡的氧化还原反应,建立了亚锡离子氧化模型计算亚锡离子转化为锡离子的速率,为两种离子浓度分布的独立预测及渗锡机理的数值方法验证提供了条件.在此基础上,建立了扩散过程的耦合数值模拟方法,同步模拟了两种离子的渗透过程.结果表明：高铁含量玻璃在锡槽的还原性气氛中,氧活度剧变处发生了锡离子的积聚,渗锡分布出现卫星峰,而低铁含量玻璃无该现象.与徐冷法相比,锡槽内采用加热重热温度制度,渗锡量、渗锡深度更高,卫星峰向深度方向迁移.为了控制渗锡量,应减少玻璃在高温区停留时间.     

基于DES的叶片前缘气冷却的数值拟

为了评估弯曲冷却孔通道对涡轮叶片前缘冷却效率和流动结构的影响,本文采用分离涡拟（DES,Detached Eddy Simulation）方法,在全局吹风比M=0.7的条件下对AGTB涡轮叶栅进行了数值拟研究.直冷却孔和弯曲冷却孔被分别布置于叶片近前缘的吸力面侧和压力面侧.着重分析讨论了冷却孔附近区域的湍流场结构、顺压梯度对湍流场结构的影响、以及壁面冷却效率分布.数值结果显示,弯曲冷却孔通道对提高气冷却效率具有积极的作用.在吸力面侧,弯曲冷却孔的冷却效率比直孔的冷却效率提高了约82%,压力面侧提高了约77%.     

焊接热输入对MIG焊接熔池行为的影响

MIG焊接热输入包括焊接电弧热流和熔滴带入熔池的热焓量两部分. 根据电弧物理的基本原理和熔滴与熔池作用过程的物理本质, 建立了电弧热流密度在变形熔池表面以及熔滴热焓量在熔池内部的分布模型. 采用数值模拟技术研究了MIG焊接电弧热流密度分布、熔滴热焓量分布模式、焊接熔池几何形状、温度场及流场的相互影响规律, 并对计算模型的可靠性进行了实验验证.     

城市洪涝易损性评价可变集方法

根据可变集的辩证法基本规律数学定理,提出城市洪涝易损性评价可变集方法．提出以指标相对差异度表示的综合相对隶属度多指标非线性模型,其特点是以辩证哲学与数学为指导,依据质量互变定理给出城市洪涝易损性评价中相邻两级（^与h＋l级）指标标准区间值交点的相对差异度等于零．依据对立统一定理给出落入h与h＋1相邻两级的相对隶属度之和等于1．方法依据的理论严谨,计算简便．列举了湖南省29座城市的洪涝易损性评价实例,并与模糊综合评判法、模糊集对评价法的评价结果进行了比较与分析,指出其存在的问题及原因．     

大功率LED冷却用回路热管传热性能分析

提出了一种用于大功率 LED（light emitting diode）散热的回路热管, 研究了热负荷、倾角、加热方式等对热管起动性、均温性、热阻等的影响. 研究结果表明： 热管的热阻在0.19 K/W-3.1 K/W 之间, 蒸发器的均温性被控制在 1.5℃以内, 在热负荷为 100 W 时, 蒸发器的温度被控制在 100℃以下.     

基于裂纹扩展的涡轮叶片热障涂层寿命预测模型

热障涂层在高温热循环的服役环境中会出现性能退化,最终剥离失效.本文以等离子喷涂的YSZ涂层为研究对象,基于亚临界裂纹扩展模型,引入临界能量释放率指数模型,结合改进的热生长氧化层增厚模型,推导了涂层循环失效预测模型.通过和公开的实验数据对比,验证了本文方法的准确性.之后将该模型应用于国内某型燃气轮机涡轮导叶热障涂层的寿命预测.结果表明,随着热生长氧化层的增厚,当达到临界厚度时在陶瓷层和黏结层界面会出现应力反转.陶瓷层和黏结层界面出现的拉伸应力会诱导附近微小裂纹扩展.此时热生长氧化层进一步增厚,将会加速裂纹的扩展速度,直至裂纹贯通,界面出现剥离失效.涂层寿命与服役温度呈指数递减规律,在一定范围内提高陶瓷层和黏结层界面粗糙度可以延长涂层服役寿命.本文模型对预测等离子喷涂的YSZ涂层寿命具有很好的应用价值.     

共轨柴油机燃用生物柴油的排气颗粒粒径分布及核态纳米颗粒生成机理研究

在新一代轿车用共轨柴油机上对生物柴油及柴油燃烧排放的颗粒粒径分布和纳米颗粒的生成机理进行了研究．试验结果表明,柴油机的颗粒粒径分布为双态分布：核态和聚集态,基本以50nm为分界线．在2000r／min,50N．m工况下,颗粒粒径分布为单一的聚集态分布,当转矩超过100N．m后,颗粒粒径分布从单态转化为双态分布．对于本试验中的生物柴油混合燃料,当燃料混合比小于60％,发动机高负荷下其粒径分布也为双态,相同条件纯生物柴油的颗粒粒径分布仅为单一聚集态．低负荷时,对比所有燃料的颗粒粒径分布都为单一聚集态．生物柴油混合燃料可以明显降低柴油机的聚集态颗粒数量浓度．而颗粒中核态纳米颗粒的形成可解释为随着负荷的增大,燃料的耗油量和排气温度的上升,燃烧生成的SO2被氧化催化器转化为SO3,其水化物硫酸的形成促成了核态纳米颗粒的形成．所以生物柴油混合燃料的硫含量决定带有氧化催化器的轻型柴油机的纳米颗粒的形成和数量．     

微波加热陶瓷中热失控现象的分析与控制

对微波加热的热失控过程进行模拟,使用基于时域有限差分法fFDTD）的算法求解Maxwell方程和热传导方程（HTE）耦合的方程组,模拟了微波加热陶瓷板的温度变化过程．在施加不同微波功率的情况下,计算了微波加热下多种介质参数的陶瓷板的温度变化,分析了出现热失控现象的条件．提出一种单温度阈值双微波功率的控制方法,用于提高微波加热效率并且控制热失控现象．同时给出了该控制方法中最终施加微波功率与监视温度闯值的关系．本文的模拟和分析方法可以在微波加热技术相关的领域得到应用．