《仿生非光滑表面結構衝擊冷卻關鍵技術研究》是依託吉林大學，由於征磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：仿生非光滑表面結構衝擊冷卻關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：於徵磊
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
過渡段是連線燃氣輪機燃燒室和透平的主要方式，隨燃氣透平入口溫度的不斷提升，過渡段這類高溫部件的熱防護是亟待解決的關鍵問題之一。目前過渡段衝擊冷卻技術研究尚未理想地解決其熱疲勞損傷問題，而仿生非光滑表面理論為冷卻技術開闢了新的方向。本研究擬針對過渡段結構功能特點和衝擊冷卻形式，借鑑自然界中非光生物體表面和海螺殼等半球形凸點和肋式結構，建立仿生非光滑過渡段簡化模型，並通過理論推導和計算機模擬等手段開展幾何學、流體力學和傳熱學分析，揭示非光滑結構的擾流和換熱機理與規律，同時探索簡化模型非光滑內壁面形貌對其衝擊冷卻的影響，從而確立非光滑表面對氣體流動特性和衝擊冷卻特性的基礎研究理論，並結合計算仿真與實驗進行對照分析，最佳化仿生結構參數。在保證和提高當前簡化模型冷卻前提下，解決仿生非光滑理論在過渡段簡化模型表面套用的關鍵科學問題，實現對高溫部件熱防護功效，探索仿生理論在衝擊冷卻領域套用的新方向。
結題摘要
過渡段是連線燃氣輪機燃燒室和透平的主要方式，隨燃氣透平入口溫度的不斷提升，過渡段這類高溫部件的熱防護是亟待解決的關鍵問題之一。（1）通過借鑑自然界中非光滑生物體表面、沙丘等半球形凸點和肋式結構，建立仿生非光滑過渡段簡化模型，利用理論推導和數值模擬的方法對該仿生模型進行流體力學和傳熱學分析，揭示了非光滑結構的擾流和換熱機理與規律；（2）討論了仿生非光滑結構參數對其整體結構衝擊冷卻特性的影響，從而確立非光滑表面對氣體流動特性和衝擊冷卻特性的基礎研究理論；（3）利用指針和堆疊的概念，提出並設計了連續變數與離散變數相結合的混合粒子群最佳化算法，加之設計的“閾值”自適應最佳化獲取的技術，提高了粒子群最佳化算法工程套用的能力；（4）本項目利用多目標粒子群改進算法對非光滑壁面結構參數進行最佳化，利用數值模擬和實驗分析方式，驗證了仿生非光滑壁面衝擊冷卻性能的提升。本項目在保證和提高當前簡化模型冷卻前提下，解決仿生非光滑理論在過渡段簡化模型表面套用的關鍵科學問題，實現對高溫部件熱防護功效，為減少實驗成本、縮短研製周期，提供結構設計的參考依據。 依託本項目資助，項目負責人先後獲得2015年度吉林省自然科學學術成果獎二等獎（排名第一）、2018年度吉林省科學技術獎二等獎（排名第五）；共發表學術論文8篇（均已標註），其中包括SCI收錄3篇，EI收錄5篇；申請國家發明專利2件；培養研究生8人，其中培養畢業博士生2人，碩士生3人；參加國際會議6人次。項目負責人先後獲得2015年度吉林省自然科學學術成果獎二等獎（排名第一）、2018年度吉林省科學技術獎二等獎（排名第五）；參加國際會議6人次，全面完成了項目的預期研究工作。
