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浮升力对旋转U型通道流动与换热影响的数值研究

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推进技术 2016年第9期37卷 1696-1702页

作者：杨珂闻洁北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

为研究浮升力对高旋转数（0~2.013）U型通道流动与换热的影响,采用k-ωSST两方程模型对其展开数值研究。分别对相同旋转数,不同温比（0.12,0.17和0.22）和相同温比（0.22）,不同旋转数条件下的U型通道进行研究。结果表明：在径向外流直... 详细信息

为研究浮升力对高旋转数（0~2.013）U型通道流动与换热的影响,采用k-ωSST两方程模型对其展开数值研究。分别对相同旋转数,不同温比（0.12,0.17和0.22）和相同温比（0.22）,不同旋转数条件下的U型通道进行研究。结果表明：在径向外流直通道中,浮升力诱发通道前缘面发生流动分离,前缘面的换热能力随旋转数的增大先减小而后增大;在径向内流直通道中,受浮升力影响流体呈双峰流型。随旋转数增大,前后缘面间Nu/Nus的差别减小,当旋转数增大到1.0左右时,后缘面的Nu/Nus的值超越前缘面。在静止通道内,温比越小换热能力越强;旋转通道与之相反。计算结果验证了浮力数在评价壁面换热能力的变化时,综合考虑了旋转数和温比对壁面换热的影响。

关键词：浮升力 U型通道旋转数值研究

浮升力对竖直上升圆管内超临界航空煤油换热的影响及评价准则

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推进技术 2021年第11期42卷 2546-2554页

作者：王彦红陆英楠李素芬东明东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012 大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

为深入理解航空发动机再生冷却热防护中的换热机理,对竖直上升圆管内超临界压力RP-3航空煤油的传热恶化开展了实验研究。探究了两类传热恶化的换热特征和形成机理,考察了热流密度、质量流量和进口压力对传热恶化的影响机制。获得了两类... 详细信息

为深入理解航空发动机再生冷却热防护中的换热机理,对竖直上升圆管内超临界压力RP-3航空煤油的传热恶化开展了实验研究。探究了两类传热恶化的换热特征和形成机理,考察了热流密度、质量流量和进口压力对传热恶化的影响机制。获得了两类传热恶化的起始条件判别准则。以Nu/Nu0=0.75作为依据,建立了浮升力影响评价准则。通过格拉晓夫数修正实现了换热关联式预测。结果表明:两类传热恶化出现在不同条件下,低温区传热恶化源于边界层转捩和浮升力的综合作用,当进口雷诺数大于5730时其不再出现;高温区传热恶化的临界热流密度可以表述为质量流量的函数关系。当浮升力参数Grb/Re2.7和Gr/Re2分别大于10-7和10-3时,浮升力作用不可忽略。改进的换热关联式具有合理的预测精度,满足热防护系统设计的工程运用。

关键词：航空发动机热防护再生冷却传热传质浮升力评价准则

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浮升力在竖直通道湍流中的作用

西安交通大学学报 2011年第1期45卷 21-25页

作者：阳祥李增耀陶文铨西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

采用直接数值模拟方法研究了在不同湍流引发机制作用下竖直槽道湍流中统计量的变化以及湍流结构的变化,分别给出了强迫对流、混合对流和自然对流湍流时平均速度、平均温度、湍流脉动强度、雷诺切应力的统计结果以及湍流结构.结果表明:... 详细信息

采用直接数值模拟方法研究了在不同湍流引发机制作用下竖直槽道湍流中统计量的变化以及湍流结构的变化,分别给出了强迫对流、混合对流和自然对流湍流时平均速度、平均温度、湍流脉动强度、雷诺切应力的统计结果以及湍流结构.结果表明:与强迫对流时相比,混合对流时浮升力作用使高温侧的平均速度升高,速度脉动强度降低,而低温侧的平均速度降低,速度脉动强度升高;浮升力使温度脉动强度在壁面附近区域显著增强,而在通道中心区域变弱.与强迫对流和混合对流的情况相比,自然对流的平均速度分布关于通道中心线反对称,通道中间区域的速度脉动强度最大,温度脉动强度则最小;雷诺应力最大值出现在通道中心区域,而负的雷诺应力产生在壁面附近.

关键词：竖直通道湍流浮升力直接模拟

浮升力对竖直螺旋管中超临界CO_(2)换热的影响及判别准则

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北京航空航天大学学报 2023年第11期49卷 2929-2937页

作者：王彦红陆英楠李洪伟李素芬东明东北电力大学能源与动力工程学院吉林132012 大连理工大学能源与动力学院大连116024

基于航空发动机间冷器的冷却换热问题,进行竖直螺旋管内超临界压力CO_(2)换热数值研究。探究运行参数对沿流向和周向换热的影响机制。通过管截面温度场和流场分布阐述了浮升力和离心力引起的周向非均匀换热机制,评估二次流速度和强度。... 详细信息

基于航空发动机间冷器的冷却换热问题,进行竖直螺旋管内超临界压力CO_(2)换热数值研究。探究运行参数对沿流向和周向换热的影响机制。通过管截面温度场和流场分布阐述了浮升力和离心力引起的周向非均匀换热机制,评估二次流速度和强度。根据管道结构特性提出新的浮升力参数和浮升力影响判别准则,建立新的换热关联式。结果表明:管上游非均匀换热源于浮升力与离心力综合作用,管下游非均匀换热由离心力主导。当满足浮升力因子B_(u)≥1.6×10^(-5)时,浮升力在换热中起主导作用。新换热关联式可以较好地适用于螺旋管内换热预测。

关键词：螺旋管超临界换热离心力浮升力判别准则

超临界CO_2水平管内浮升力和热加速效应评判准则

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西安交通大学学报 2018年第9期52卷 140-147页

作者：吕海财赵金乐潘辉刘朝晖毕勤成西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

针对超临界CO_2流体特殊的热物性所导致的奇异流动传热规律,开展了2mm内径的水平光滑圆管的传热试验研究。试验压力为7.4~8MPa,质量流速为600~1 000kg/(m^2·s),最大热流密度为94.2kW/m^2。试验获得了壁温和传热系数的变化规律,分析了... 详细信息

针对超临界CO_2流体特殊的热物性所导致的奇异流动传热规律,开展了2mm内径的水平光滑圆管的传热试验研究。试验压力为7.4~8MPa,质量流速为600~1 000kg/(m^2·s),最大热流密度为94.2kW/m^2。试验获得了壁温和传热系数的变化规律,分析了不同的试验工况下无量纲浮升力和热加速的变化规律。结果表明:流体的传热系数峰值随热流密度升高逐渐向入口移动;不同无量纲浮升力的变化趋势存在较大的偏差,Kim的浮升力公式可较好地评判浮升力的大小;热加速效应在低热流密度下不显著,在高热流密度下呈现先递增后递减的趋势;当浮升力因子小于5.6×10^(-7)和热加速因子小于0.000 5时,浮升力效应和热加速效应可忽略。将浮升力和热加速因子引入新的Nusselt预测关联式,其平均误差为-2.92%,均方根误差为10.96%。

关键词：超临界CO2 传热水平管浮升力热加速

强浮升力作用下超临界流体对流换热的湍流模型研究

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核动力工程 2011年第1期32卷 63-69页

作者：张昊谢正瑞杨燕华上海交通大学上海200240

针对湍流模型中浮升力相关项的模型进行了比较分析,在此基础上进行了一系列修正;最后,分别使用修正的模型和传统模型计算了超临界压力下的对流传热,并将计算结果与实验数据进行了比较。结果表明,修正的湍流模型能比较准确地模拟浮升力项... 详细信息

针对湍流模型中浮升力相关项的模型进行了比较分析,在此基础上进行了一系列修正;最后,分别使用修正的模型和传统模型计算了超临界压力下的对流传热,并将计算结果与实验数据进行了比较。结果表明,修正的湍流模型能比较准确地模拟浮升力项,从而使计算得到的壁温与实验数据、DNS数据符合较好;而传统模型计算得到的壁温比实验数据、DNS数据高得多。

关键词：湍流 k-ε模型代数热通量模型浮升力超临界

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轴向旋转通道内浮升力对湍流影响的直接模拟

西安交通大学学报 2010年第9期44卷 11-15页

作者：阳祥李增耀陶文铨西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

采用直接数值模拟方法对绕截面中心轴旋转的方通道内的充分发展湍流进行了数值模拟,湍流雷诺数和普朗特数分别为400和0.71.为了分析浮升力对流体运动的影响,给出了不同格拉晓芙数Gr下的主流平均速度场、温度场、二次流、湍流强度、雷诺... 详细信息

采用直接数值模拟方法对绕截面中心轴旋转的方通道内的充分发展湍流进行了数值模拟,湍流雷诺数和普朗特数分别为400和0.71.为了分析浮升力对流体运动的影响,给出了不同格拉晓芙数Gr下的主流平均速度场、温度场、二次流、湍流强度、雷诺应力等湍流统计量的分布情况,并对旋转效应的稳定与否以及由此对湍流统计量的影响进行了分析.结果表明:旋转效应稳定的区域湍流受到抑制,旋转效应不稳定的区域湍流增强,随Gr的增加旋转效应稳定性变得更加复杂;浮升力对流场和温度场有明显的影响,随Gr的增加影响更加明显.

关键词：方形通道湍流换热浮升力直接数值模拟

浮升力对水平管内超临界航空煤油传热影响数值研究

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大连理工大学学报 2013年第6期53卷 816-823页

作者：王彦红李素芬东明大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

对超临界RP-3航空煤油在内径为10mm、长度为8 000mm的水平圆管内的流动与传热特性进行了数值模拟研究,重点考察了超临界航空煤油在拟临界区热物性的奇异变化对水平管内传热的影响.通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性;根据近... 详细信息

对超临界RP-3航空煤油在内径为10mm、长度为8 000mm的水平圆管内的流动与传热特性进行了数值模拟研究,重点考察了超临界航空煤油在拟临界区热物性的奇异变化对水平管内传热的影响.通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性;根据近壁区流体状态将整个换热过程分成4个阶段,并利用截面中垂线上的密度分布和二次流速度定性分析了二次流沿管轴向的变化规律,以解释壁温异常分布的机理;引入截面相对横向动能对二次流的强度进行描述,讨论了质量流速及热流密度对二次流和壁温分布的影响规律;最后,分析了浮升力影响判别准则在水平管超临界航空煤油对流换热中的适用性.计算结果表明,二次流的演变规律能合理地解释水平管内超临界RP-3航空煤油的非均匀传热机理.

关键词：浮升力超临界压力航空煤油传热二次流

竖直圆管内浮升力对超临界碳氢燃料裂解传热传质特性的影响

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推进技术 2022年第6期43卷 158-169页

作者：龚科瑜冯宇吴坤秦江周超英哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院广东深圳518055 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了探究再生冷却过程中,浮升力对竖直圆管内超临界碳氢燃料裂解传热传质特性的影响,基于详细裂解反应动力学模型,建立了同时考虑碳氢燃料流动传热和裂解吸热的耦合算法,在此基础上对竖直管道内,浮升力对超临界RP-3的流动、传热和裂解... 详细信息

为了探究再生冷却过程中,浮升力对竖直圆管内超临界碳氢燃料裂解传热传质特性的影响,基于详细裂解反应动力学模型,建立了同时考虑碳氢燃料流动传热和裂解吸热的耦合算法,在此基础上对竖直管道内,浮升力对超临界RP-3的流动、传热和裂解反应的影响展开了数值研究。计算结果表明:与不考虑浮升力的情况相比,在浮升力影响显著的条件下,浮升力增强了向下流动的碳氢燃料壁面处与中心流区域的传热传质过程,燃料温度和裂解率的径向分布更加均匀,燃料吸热能力增强,换热系数上升,同时可以有效地抑制管道壁面上结焦的生成;而对于向上流动的流体,浮升力不利于壁面处与中心流区域的传热传质,导致冷却通道内碳氢燃料温度和裂解率径向分布的不均匀性增强,燃料吸热能力降低,换热系数下降,同时增加了管道壁面上的结焦量;同时,为了更好地理解浮升力的影响,本文还对不同壁面热流密度下向上和向下冷却通道内超临界碳氢燃料的裂解传热特性进行了分析;判别式Bo*浮升力对超临界碳氢燃料裂解换热的影响。

关键词：浮升力热裂解结焦超临界压力碳氢燃料