周向角和直径比对切向双旋流冷却流动与传热特性的作用机理

发布时间：2021-09-11 20:54

　　考虑到当前对透平叶片前缘双旋流冷却结构的流动与传热机理认识不足,建立了合理的切向双旋流冷却结构模型,采用雷诺时均Navier-Stokes方程求解SSTk-ω湍流模型,数值分析了周向角为60°～120°、直径比为0.435～1.2时双旋流腔内的流动和传热特性。计算结果表明:与单旋流冷却相比,冷气在双旋流腔内形成相反涡对,在融合区出现冲击和再附现象,使综合换热性能更好。随着周向角增大,旋流腔壁面的努塞尔数先增大后减小,而摩擦系数呈现相反的变化趋势,评估得到周向角为90°时的综合换热因子最高,可以达到1.49;当直径比为0.6时,综合换热因子可达到1.52,当直径比小于0.6时,综合换热性能几乎不受直径比影响,而直径比大于0.6时,综合换热性能随直径比增大而减小,尤其在直径比大于1时急剧下降。 

【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(09)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

旋流冷却几何模型

计算网格采用四面体非结构化网格，由于计算模型尺寸比较大，所以第1层边界层网格距离壁面0.03mm，增长率为1.1，共布置20层，以满足SST k-ω湍流模型对壁面最大y+<1的要求。为了得到与网格数无关的解，选取α=90°、κ=1的模型进行网格无关性验证，选取网格数分别为200万、350万、450万和550万的4套网格进行计算，以旋流腔壁面Nucir作为无关性验证的评价指标。网格无关性结果见图3，综合考虑计算精度和经济性，最终选择450万作为本文计算的网格数，计算网格如图4所示。需要指出，旋流腔壁面和喷嘴壁面均存在边界层，而边界层网格是三棱柱网格，造成边界层相互遮挡，使得无法从外侧看见边界层网格，因此图4中特别展示出了进、出口的网格。图3 网格无关性验证结果

网格无关性验证结果

【参考文献】：
期刊论文
[1]周向喷嘴数对旋流冷却流动传热特性的影响[J]. 吴凡,杜长河,王杰枫,范小军,李亮.  西安交通大学学报. 2018(07)
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本文编号：3393706