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低负荷和高负荷压气机叶栅气动性能的实验和数值模拟

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航空动力学报 2021年第4期36卷 724-733页

作者：原泽郑群岳国强董静涛姜玉廷哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院北京100074

为了明确采用高负荷设计及一般设计(低负荷)方法的压气机气动性能和流动转捩的差异,进行了不同攻角下的叶栅吸力面流谱绘制和参数测量实验。并基于实验边界条件,采用γ-θ转捩模型开展数值研究。结果表明:与低负荷叶栅相比,随着攻角的增... 详细信息

为了明确采用高负荷设计及一般设计(低负荷)方法的压气机气动性能和流动转捩的差异,进行了不同攻角下的叶栅吸力面流谱绘制和参数测量实验。并基于实验边界条件,采用γ-θ转捩模型开展数值研究。结果表明:与低负荷叶栅相比,随着攻角的增大,高负荷叶栅主流附面层由附着流变为分离流,尾迹的宽度和损失强度增加,并与角区分离融合为一个"带状"损失区。而低负荷叶栅的角区分离仍为紧贴壁面的开式分离,主流附面层仍然附着在壁面上。结果表明:高负荷设计增强了叶栅内逆压力梯度,这使得流动更容易分离,表现为表面形状因子呈现大范围的"峰谷"型分布,转捩模式也由局部旁路转捩变为全叶高范围的分离泡转捩。

关键词：低负荷和高负荷叶型压气机叶栅实验气动性能转捩攻角

船舶燃气轮机冷却涡轮叶片内部带肋冷却通道颗粒沉积特性研究

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推进技术 2020年第11期41卷 2499-2508页

作者：赵宏杰姜玉廷杜磊房一博郑群哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了探究船舶燃气轮机冷却涡轮叶片内部冷却通道内肋片角度的改变对颗粒沉积特性的影响,以7种不同肋片角度及1种弯头处加导流片的肋结构作为研究对象,运用CFD数值模拟对比分析各种冷却结构的流动换热性能以及颗粒沉积特性。结果表明:当... 详细信息

为了探究船舶燃气轮机冷却涡轮叶片内部冷却通道内肋片角度的改变对颗粒沉积特性的影响,以7种不同肋片角度及1种弯头处加导流片的肋结构作为研究对象,运用CFD数值模拟对比分析各种冷却结构的流动换热性能以及颗粒沉积特性。结果表明:当肋片角度改变时,内部通道的流动换热和弯头壁面的沉积率存在很大差异。肋片角度为45°的内部冷却通道的换热性能相比于换热性能最差的E型肋的平均努塞尔数高了25%;肋片角度为60°时,弯头壁面和弯头后壁面的沉积率最低;肋片角度为90°时沉积率最高;肋片角度为135°时换热性能最差,弯头壁面沉积率最低。肋片角度的改变对弯头侧壁的沉积率和各个部分的撞击率无显著影响,但是增加导流片可以有效降低弯头壁面的捕获率和沉积率以及弯头侧壁的沉积率、撞击率和捕获率。

关键词：船舶燃气轮机肋倾角流动换热颗粒沉积内冷通道

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孔内“喷射现象”影响气膜冷却流动传热机理

航空动力学报 2018年第2期33卷 448-455页

作者：姜玉廷林洪飞岳国强向世建郑群哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

为了揭示气膜孔内不同"喷射现象"对气膜冷却流动传热的影响,在相同射流角基础上选取7种不同进气角的冷气腔以改变气膜孔内的"射流效应",并对7种冷气腔在不同吹风比条件下进行了对比研究。结果表明:当进气角不为0°时,不同进气角会在气... 详细信息

为了揭示气膜孔内不同"喷射现象"对气膜冷却流动传热的影响,在相同射流角基础上选取7种不同进气角的冷气腔以改变气膜孔内的"射流效应",并对7种冷气腔在不同吹风比条件下进行了对比研究。结果表明:当进气角不为0°时,不同进气角会在气膜孔内产生不同的"喷射现象"。低吹风比时不同进气角的气膜冷却效率相差不大。随着吹风比的增加,不同进气角时的冷却效率存在很大差别。在吹风比为1.5,进气角不大于0°时冷气在孔外形成了强肾形涡;而当进气角大于0°时冷气在与高温主流相互作用后,上游低动量区的冷气会绕开下游高动量区冷气后贴附壁面,增大涡对之间的距离从而减弱相互增强的效应。相对于原始冷气腔,在吹风比为1.5,进气角为15°和30°时的平均气膜效率分别提高了约130%和70%。

关键词：气膜冷却喷射现象绝热气膜冷却效率肾形涡冷气腔

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叶片前缘两相流冲击冷却的耦合数值模拟

推进技术 2015年第3期36卷 443-449页

作者：姜玉廷郑群罗铭聪岳国强董平高杰哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国船舶重工集团公司第七〇三研究所/燃气轮机事业部黑龙江哈尔滨150036

为了更好地强化叶片前缘的换热,对叶片前缘进行两相流强化冲击冷却的耦合数值模拟研究。利用水滴/蒸汽冲击曲面冷却系统进行数值模拟程序的校核。在此基础上,利用欧拉-拉格朗日颗粒追踪方法对叶片前缘的两相流冲击冷却进行耦合数值研究... 详细信息

为了更好地强化叶片前缘的换热,对叶片前缘进行两相流强化冲击冷却的耦合数值模拟研究。利用水滴/蒸汽冲击曲面冷却系统进行数值模拟程序的校核。在此基础上,利用欧拉-拉格朗日颗粒追踪方法对叶片前缘的两相流冲击冷却进行耦合数值研究。研究了水滴加湿量、水滴直径和水滴与壁面的作用边界条件对换热性能的影响。结果表明当加湿量从3%增加到8%时,最大的平均传热增强系数从1.671增加到4.913;水滴直径从5μm增加到20μm时,最大的平均传热增强系数从2.128降低到1.164;反弹和反弹+破碎边界条件预测的传热效果好于粘附和粘附+破碎边界条件。

关键词：叶片前缘两相流冲击冷却耦合数值模拟

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沟槽平板颗粒沉积特性和气膜冷却性能

航空动力学报 2021年第5期36卷 1022-1032页

作者：游学磊岳国强王少良张路阳姜玉廷哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

通过将平板上的气膜冷却孔嵌入横向沟槽中,探究沟槽深度对平板颗粒沉积分布和气膜冷却性能的影响。结果表明:沟槽结构的存在改善了平板表面的颗粒沉积情况和气膜冷却性能,并将一定颗粒阻隔在沟槽内部。在同一吹风比下,沟槽深度的增加使... 详细信息

通过将平板上的气膜冷却孔嵌入横向沟槽中,探究沟槽深度对平板颗粒沉积分布和气膜冷却性能的影响。结果表明:沟槽结构的存在改善了平板表面的颗粒沉积情况和气膜冷却性能,并将一定颗粒阻隔在沟槽内部。在同一吹风比下,沟槽深度的增加使得整体的颗粒碰撞效率增大。在吹风比较小时,3种沟槽深度的结构减小了平板颗粒的沉积和捕获,并改善了冷却孔下游气膜冷却效率。但在大吹风比下,不同沟槽深度改善颗粒沉积分布和气膜冷却效率方面各有差异。对比不同沟槽深度结构在各个工况下的性能,沟槽深度为0.8倍孔径的结构在改善颗粒沉积分布的同时也能兼顾提升气膜冷却孔下游的气膜冷却效率。

关键词：沟槽颗粒沉积气膜冷却效率沉积模型气-固两相流

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氦氙混合工质轴流涡轮设计与激波控制研究

热能动力工程 2021年第10期36卷 155-161页

作者：杜磊林洪飞姜玉廷郑群哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国船舶集团有限公司第七〇三研究所黑龙江哈尔滨150078

基于氦氙混合工质特性,利用Axial软件对比了不同载荷系数和流量系数情况下涡轮的效率,在载荷系数和流量系数分别为1.8和0.6的情况下涡轮效率较高。在此条件下利用AxCent软件对轴流涡轮进行了三维叶片造型。在ANSYS CFX软件中选用SST湍... 详细信息

基于氦氙混合工质特性,利用Axial软件对比了不同载荷系数和流量系数情况下涡轮的效率,在载荷系数和流量系数分别为1.8和0.6的情况下涡轮效率较高。在此条件下利用AxCent软件对轴流涡轮进行了三维叶片造型。在ANSYS CFX软件中选用SST湍流模型,在给定的工况下对设计好的叶片采用数值模拟方法分析尾缘折转角、尾缘楔角及安装角对激波损失的影响。研究表明:尾缘折转角在5.5°~6.5°之间,尾缘楔角在11°~13°范围内激波损失最低;安装角在43°~48°之间,随着安装角的增大会使激波损失降低;同时,对原始叶型的优化表明,吸力面改进为直线型并且增大压力面曲率会降低激波损失。

关键词：氦氙混合工质轴流涡轮气动设计激波损失流场分析

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舰船燃气轮机高压涡轮颗粒沉积特性研究

推进技术 2020年第11期41卷 2490-2498页

作者：游学磊姜玉廷岳国强季杰张立楠哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了探究典型舰船燃气轮机高压涡轮叶栅通道内部的颗粒沉积分布规律,针对随燃气进入涡轮叶栅通道内颗粒的动力学及颗粒与壁面相互作用的特性,采用数值模拟方法,分析了颗粒撞击涡轮叶片表面后发生黏附与剥离以及沉积与反弹的相互作用影... 详细信息

为了探究典型舰船燃气轮机高压涡轮叶栅通道内部的颗粒沉积分布规律,针对随燃气进入涡轮叶栅通道内颗粒的动力学及颗粒与壁面相互作用的特性,采用数值模拟方法,分析了颗粒撞击涡轮叶片表面后发生黏附与剥离以及沉积与反弹的相互作用影响准则,并比较了临界速度模型和临界黏度模型对于模拟颗粒沉积分布的异同。结果表明,在本文工况条件下,对于临界速度模型而言,叶栅通道内的颗粒沉积效率在颗粒动量Stokes数为0.1~10内发生突变。对于临界黏度模型而言,颗粒沉积效率在动量Stokes数>10后达到了100%。在大粒径下,颗粒是否沉积,前者取决于粒径,后者取决于主流温度。

关键词：燃气轮机涡轮叶片颗粒沉积沉积模型气-固两相流

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燃气轮机高温涡轮颗粒沉积的研究进展

哈尔滨工程大学学报 2022年第8期43卷 1122-1132页

作者：张昊苏姜玉廷陆松兵房一博郑群哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了解决颗粒在燃气轮机高温涡轮中的沉积导致叶片的使用寿命、气动效率和冷却性能严重受损,影响燃气轮机的安全性、可靠性和经济性问题,本文结合高温涡轮颗粒沉积相关文献,系统介绍颗粒沉积动力学。通过比较不同研究者使用的沉积模型,... 详细信息

为了解决颗粒在燃气轮机高温涡轮中的沉积导致叶片的使用寿命、气动效率和冷却性能严重受损,影响燃气轮机的安全性、可靠性和经济性问题,本文结合高温涡轮颗粒沉积相关文献,系统介绍颗粒沉积动力学。通过比较不同研究者使用的沉积模型,介绍了几种颗粒沉积实验台的优势及不足,阐述了影响颗粒沉积的几种主要因素:颗粒尺寸决定其随流性进而影响沉积;存在一种使沉积现象最为严重的临界温度;冷却射流会影响沉积形貌,甚至有助于冷却。颗粒沉积对于叶片冷却的影响,多数情况下颗粒沉积会对叶片冷却造成严重的影响。结合近年相关研究进展,为避免颗粒沉积现象并切实保护高温涡轮叶片提供参考。

关键词：燃气轮机高温涡轮离散相颗粒沉积颗粒动力学沉积模型叶片冷却流动传热

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狭缝斜肋内冷通道流动和换热特性的数值研究

推进技术 2020年第9期41卷 2070-2076页

作者：邓贺方姜玉廷张建陆松兵郑群哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了探究狭缝斜肋的流动和换热特性,进一步挖掘传统斜肋的性能,采用数值模拟的方法,研究了五种不同位置和倾斜角度的狭缝对45°斜肋流动和换热特性的影响,计算的进口雷诺数为2×104~8×104,并与传统的实心肋进行了对比分析。结果表明,... 详细信息

为了探究狭缝斜肋的流动和换热特性,进一步挖掘传统斜肋的性能,采用数值模拟的方法,研究了五种不同位置和倾斜角度的狭缝对45°斜肋流动和换热特性的影响,计算的进口雷诺数为2×104~8×104,并与传统的实心肋进行了对比分析。结果表明,狭缝的存在显著改变了冷却通道的流动结构以及换热分布,降低了冷却通道的阻力损失,减小了通道整体的强化换热系数,但同时增加了肋片表面的强化换热系数,且狭缝的位置和倾斜角度的不同对通道性能也存在一定的影响。对比综合热效率,狭缝斜肋相比实心肋增加了约12%~15%。

关键词：内部冷却狭缝斜肋阻力损失换热特性数值模拟