旋轉效應對微小槽道流動和換熱規律影響研究

《旋轉效應對微小槽道流動和換熱規律影響研究》是依託北京航空航天大學，由孫紀寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：旋轉效應對微小槽道流動和換熱規律影響研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：孫紀寧
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

微小槽道換熱結構具有高換熱和易加工的特性，在渦輪旋轉工作葉片冷卻套用中潛力很大。但是，對微小槽道的換熱研究多為靜止狀態，旋轉狀態下微小槽道流動和換熱研究還罕見文獻報導，極大限制了該結構在渦輪旋轉工作葉片冷卻中的套用。針對這一技術背景，本項目提出旋轉效應對微小槽道流動和換熱特性影響規律這一科學問題並展開研究。利用各種瞬、穩態測試手段及數值計算手段，針對微小槽道內的狹小空間，研究旋轉效應引起的哥氏力、離心力和離心浮升力對流動偏轉、二次流分布及換熱強化（弱化）的影響規律，探索旋轉狀態下微小槽道幾何參數和流動參數的最佳匹配關係；根據實驗結果修正數值計算模型，發展適合旋轉狀態小尺度數值模擬的特殊湍流模型。嘗試利用研究結果提出一種渦輪旋轉工作葉片內冷新方案，為我國新一代發動機渦輪旋轉工作葉片內冷創新設計提供參考。

結題摘要

為研究表面粗糙度對微尺度通道臨界Re數、Nu數以及流阻係數的影響，掌握微尺度通道強化換熱機理，首先需確定渦輪葉片微尺度通道流動換熱特性實驗方案，並對該實驗方案可行性進行論證。因此，本文將以微尺度通道流動換熱特性實驗方案為對象，開展實驗台設計及建設、實驗件設計及加工，並通過數值和實驗方法，對該實驗方案進行驗證，以期獲得可行的實驗方案，為後續微尺度通道強化換熱機理及流動換熱特性研究奠定良好的實驗基礎。 1.本文具體工作為： ①設計微尺度通道實驗件，包括通道試驗件尺寸、結構形式，加熱方式，測試方法、通道加工工藝; ②設計微尺度通道實驗台，包括氣源、穩壓腔、密封結構、流量控制及測量、壓力控制及測量，並且開展微尺度通道實驗。③驗證實驗方案可行性，包括數值計算驗證和實驗驗證。 2.具體結論為： 實驗結論：①不同流量計所測得的數據相差較大，因此應該採用精確度更高的流量計或是採用精確測量手段採集流量；②由於進入通道的流量很小，因而測量較為困難，無法使用實驗室已有的質量流量計進行校核，可以適當增多通道組數目，進而增大整體流量，便於測量。 數值計算結論：①粗糙微通道內的Po數與Re數近似線性相關,並大於常規通道下的理論解，且斜率隨粗糙度增大而增大; ②矩形微通道內的沿程壓降隨著粗糙度增加而增加。存在圓台體型粗糙元的微通道沿程壓降變化趨勢比正弦旋轉體型粗糙元的微通道明顯; ③對兩種形態粗糙元構成的微通道，粗糙元規則間隔分布時的沿程壓降大於隨機分布時的沿程壓降，但是變化不明顯。