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船用大缸径柴油机气缸盖的冷却优化设计

柴油机设计与制造 2022年第4期28卷 29-33页

作者：任雪美黄皓黄念劬中船动力研究院有限公司上海201206

船用柴油机启动阀被拆装或损坏时,冷却水会通过冷却水孔进入燃烧室,对柴油机的性能造成极大的影响。以某机型船用大缸径柴油机为原型,结合仿真分析方法对3种冷却方案的气缸盖温度进行了计算。结果表明:采用在保持冷却水孔布置的基础上,... 详细信息

船用柴油机启动阀被拆装或损坏时,冷却水会通过冷却水孔进入燃烧室,对柴油机的性能造成极大的影响。以某机型船用大缸径柴油机为原型,结合仿真分析方法对3种冷却方案的气缸盖温度进行了计算。结果表明:采用在保持冷却水孔布置的基础上,增加启动阀衬套的冷却方案可以有效解决冷却水泄漏的问题,且优化前后的主应力分布情况基本一致,提高了气缸盖的可靠性。

关键词：气缸盖启动阀冷却设计仿真分析

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径-轴向磁轴承冷却设计及温度场分析

中国电机工程学报 2024年第12期 4945-4956页

作者：刘斌余中军付佳舰船综合电力技术国防科技重点试验室(海军工程大学)

由于磁轴承与转子无直接物理接触、支承特性可控，在小功率等级电机环境下其损耗较低，可采用自然冷却。而对于大功率等级电机，磁轴承损耗增大，必须考虑冷却设计以降低其温升。该文以某型兆瓦级高速永磁发电机磁轴承为研究对象，在考... 详细信息

由于磁轴承与转子无直接物理接触、支承特性可控，在小功率等级电机环境下其损耗较低，可采用自然冷却。而对于大功率等级电机，磁轴承损耗增大，必须考虑冷却设计以降低其温升。该文以某型兆瓦级高速永磁发电机磁轴承为研究对象，在考虑径-轴向磁轴承集成状态及发电机实际内部环境条件下，基于径-轴向磁轴承三维流场、温度场分析，首先研究了自然冷却条件下磁轴承温度场特征，结果表明磁轴承温度过高，径向磁轴承定转子会产生较大热变形，增大磁轴承安全运行风险。为了解决该问题，该文结合电机空冷结构和磁轴承结构特征，提出一种集成化主动冷却结构，并仿真分析了冷却效果，结果表明进行主动冷却后径-轴向磁轴承温度明显下降，径向磁轴承定转子气隙变化量大幅减小。最后，进行样机温升试验，试验结果与仿真结果一致。

关键词：磁轴承集成状态三维温度场分析冷却设计

iSIGHT优化方法在涡轮叶片冷却设计中的应用

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燃气涡轮试验与研究 2016年第5期29卷 17-20,57页

作者：陈磊郭文苏云亮曹志廷中国燃气涡轮研究院四川成都610500

针对现有航空发动机涡轮叶片内冷结构的快速改进,在对叶片冷却设计方法集成的基础上,建立了一类冷却叶片的优化模型,并成功将该优化模型应用在航空发动机涡轮叶片设计中。结果表明,在相同冷却空气用量下,叶片表面最高温度降低了72.4℃,... 详细信息

针对现有航空发动机涡轮叶片内冷结构的快速改进,在对叶片冷却设计方法集成的基础上,建立了一类冷却叶片的优化模型,并成功将该优化模型应用在航空发动机涡轮叶片设计中。结果表明,在相同冷却空气用量下,叶片表面最高温度降低了72.4℃,叶片温差减小了110.4℃,优化效果明显。同时,将近似技术成功应用到叶片优化设计中,提高了任务分析效率,为现有发动机涡轮叶片快速改进提供了一种有效手段。

关键词：航空发动机涡轮叶片冷却设计近似技术 RBF神经网络优化设计

土工离心机稳态风阻功率简化估算方法与冷却设计优化

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地震工程与工程振动 2014年第S1期34卷 909-914页

作者：王永志陈卓识孙锐中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080

动力离心机被当前岩土地震工程界公认为最有效、先进的室内物理模型研究手段,但全球现役数量仍十分稀缺,大量动力和静力土工离心机在各国处于建设和筹划阶段。动力离心机建设具有问题多、难度大、周期长等特点,尤其是中、大型。风阻功... 详细信息

动力离心机被当前岩土地震工程界公认为最有效、先进的室内物理模型研究手段,但全球现役数量仍十分稀缺,大量动力和静力土工离心机在各国处于建设和筹划阶段。动力离心机建设具有问题多、难度大、周期长等特点,尤其是中、大型。风阻功率作为离心机驱动电机选取和机室冷却系统设计的基础参数,是设计关键问题之一,直接影响设备工作安全性和试验结果可靠性。本文以风阻功率和冷却方法为两个核心,首先建立与求解了风阻功率简化模型和计算方法,解释了土工离心机风阻功率发生机制和计算问题,提出了便于工程应用的简化估算方法;分析了机室内风场和温度场分布特点,提出了节能冷却系统设计优化方法。

关键词：土工离心机风阻功率计算方法冷却设计

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涡轮叶片冷却设计优化方法研究

燃气涡轮试验与研究 2012年第4期25卷 30-36页

作者：曹志廷郭文潘炳华刘松中国燃气涡轮研究院四川成都610500

针对某型发动机高压涡轮工作叶片,采用试验设计方法,通过对内腔边界条件的主效应分析,对涡轮叶片截面温度分布进行优化。同时,对影响叶片内腔不同流动与换热类型的冷却结构元件换热系数的几何参数进行敏度分析。最后通过综合优化,获得... 详细信息

针对某型发动机高压涡轮工作叶片,采用试验设计方法,通过对内腔边界条件的主效应分析,对涡轮叶片截面温度分布进行优化。同时,对影响叶片内腔不同流动与换热类型的冷却结构元件换热系数的几何参数进行敏度分析。最后通过综合优化,获得在原设计基础上的优化结果。结果表明,该方法可以把原设计的截面最大温差有效降低。另外,通过对涡轮叶片冷却设计优化方法的探索,还获得了影响叶片冷却设计结果的参数关系曲线,该方法及结果可在涡轮叶片冷却设计时参考使用。

关键词：涡轮叶片冷却设计换热系数试验设计优化设计

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液体火箭发动机推力室结构与冷却设计

液体火箭发动机推力室结构与冷却设计

作者：张其阳清华大学

学位级别：硕士

为适应日益密集的航天任务对液体火箭发动机设计工作短周期、低成本的要求，方便设计人员，提高设计效率，课题组开发了“液体火箭发动机推力室一体化设计”平台。该平台集成了用Visual C++开发的基于MFC的多个模块程序，可引导设计人... 详细信息

为适应日益密集的航天任务对液体火箭发动机设计工作短周期、低成本的要求，方便设计人员，提高设计效率，课题组开发了“液体火箭发动机推力室一体化设计”平台。该平台集成了用Visual C++开发的基于MFC的多个模块程序，可引导设计人员一步步完成所需要的推力室的设计。推力室结构与冷却设计是该平台下的一个组成模块，基于推力室构型设计模块计算得出的推力室基本尺寸和燃气参数等设计结果，选择适宜的冷却方法和壁结构形式并进行详细设计，通过分析校核后确定能满足工作状况下的传热和强度要求则设计成功。对成功设计的案例能够通过Pro/E软件输出推力室的三维模型。论文中所使用的设计理论和方法主要来源于相关教材和文献资料。本文首先对其进行了归纳，整理出简洁有效适用的公式和数据，然后参照世界上主流发动机推力室结构和冷却设计的实践，把这些理论模型以编程的方式实现，完成该模块的功能。在冷却设计方面，根据不同类型发动机推力室的性能和要求，可选择应用再生冷却、膜冷却、烧蚀冷却、辐射冷却等方式中的一种。再生冷却涉及参数和约束条件较多，并可与其他方法组合使用，是冷却设计的重点部分。再生冷却通道结构可分为铣槽式结构、波纹板式结构和管束式结构，对于每一种结构都可进行详细的尺寸设计并选择材料的种类。设计输入参数确定后程序会对整个推力室进行传热和强度计算并显示计算结果。本文重现了三种国内外典型的发动机推力室的构型设计，它们是航天飞机主发动机推力室、长征二号丙火箭一级发动机推力室和R-4D小推力空间发动机推力室。推力室构型设计结果与原始设计方案差别较小，结构与冷却设计的结果能满足发动机工作要求，其验证了该平台的实用性和有效性。本文还利用设计平台研究了冷却液流量、通道形式、室壁材料、燃烧室压力等因素对推力室设计的影响。通过小型推力室的设计过程发现，提高室压的同时比冲能够提高，但传热情况更加恶劣，在液膜结合辐射冷却的情况下壁温会逐渐升高。存在室压设计的极限值，当超过该极限值后，室壁温度会超过现有材料允许的工作范围。

关键词：液体火箭发动机推力室结构设计冷却设计

燃气涡轮发动机层板冷却结构涡轮叶片冷却设计与内流试验研究

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燃气涡轮发动机层板冷却结构涡轮叶片冷却设计与内流试验研究

作者：韩嵩东北大学

学位级别：硕士

本文作为铸造层板叶片冷却设计的一部分,在给定叶型及其外部绕流参数条件下确定叶型内部各冷却单元流量分配、压力分布和冷却孔开孔尺寸的估算方法。作为叶片冷却设计的反问题,与给定叶片绕流参数和内部冷却空气参数条件下的正问题,即... 详细信息

本文作为铸造层板叶片冷却设计的一部分,在给定叶型及其外部绕流参数条件下确定叶型内部各冷却单元流量分配、压力分布和冷却孔开孔尺寸的估算方法。作为叶片冷却设计的反问题,与给定叶片绕流参数和内部冷却空气参数条件下的正问题,即流固热耦合数值计算以及试验台和发动机整机试验数据相结合,构成叶片冷却设计的完整流程。结合相关试验和数值计算,按照反问题的一维估算结果,在平面直列叶栅上利用放大模型试验件上进行了内流换热和阻力试验,获得了沿叶型的各冷却单元的层板叶片出气板内侧的换热系数分布和单元流动损失数据,并与相关试验和计算结果进行了比较。最后,在高温热叶栅试验器上完成了金属材料双层层板叶片的冷却效果试验,试验结果与预估值符合较好。虽然本文仅涉及叶片冷却设计的一部分,不过估算与试验结果表明所述叶片冷却设计方法可以有效的应用于航空燃气涡轮发动机气冷涡轮叶片的初步冷却设计中。

关键词：层板叶片冷却设计内流换热阻力系数

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高效涡轮铸冷工作叶片冷却设计

高效涡轮铸冷工作叶片冷却设计

作者：呼艳丽电子科技大学

学位级别：硕士

涡轮叶片的冷却技术是航空发动机设计中的关键技术之一,其研究成果直接推动了传热学科的发展。虽然气膜-冲击-强化对流复合冷却技术已在涡轮叶片上广泛应用,但在日益提高冷却效果的要求下,该领域的研究仍十分活跃。现有推重比10一级的... 详细信息

涡轮叶片的冷却技术是航空发动机设计中的关键技术之一,其研究成果直接推动了传热学科的发展。虽然气膜-冲击-强化对流复合冷却技术已在涡轮叶片上广泛应用,但在日益提高冷却效果的要求下,该领域的研究仍十分活跃。现有推重比10一级的发动机涡轮进口温度达到了1800K～2000K,而推重比15～20一级发动机涡轮进口温度将达到2100K～2300K,远远超过了发动机中高温合金材料的熔点温度。目前的涡轮复合式高效冷却叶片,只能满足推重比10一级发动机的设计要求,要发展更高推力的先进航空发动机,必须开展新型高效涡轮冷却叶片设计技术的研究。本文综合分析了国内外叶片冷却技术的发展,针对推重比15～20一级发动机高压涡轮高效冷却叶片冷却设计要求,采用气膜喷淋、气膜溢流增强效应、新型狭小空间冲击-气膜等先进涡轮叶片冷却设计技术,设计了高效铸冷动叶冷却结构方案,并对方案中涉及的几个流动和传热问题开展了深入细致的研究,重点探究了:气膜冷却效率的分布规律,叶片内冷通道流动和换热特性,叶片温度分布特性。在研究中还对目前工程设计中所采用的计算气膜冷却效率和叶片内流特性的方法进行了改进,并通过试验验证了改进算法的求解精度。研究发现:1)改进的气膜冷却效率和叶片内流特性的工程计算方法提高了计算精度。2)网络法能适用于计算流道结构非常复杂的涡轮叶片内冷通道的流动特性,能较准确地计算各排冲击孔、气膜孔和尾缝的流量分配,以及冷气沿径向和弦向的压力和温度分布,计算结果与试验结果吻合较好。3)在设计流量比下,叶片中截面平均绝对冷却效果和相对冷却效果分别为860℃和0.70,达到了设计指标要求。该叶片的冷却设计接近国际上推重比15一级发动机设计水平,其冷却结构形式属国内领先。研究结果表明,本文所设计的高效铸冷动叶的冷却方案是合理、高效的,能确保高压涡轮动叶的有效冷却。

关键词：高压涡轮动叶冷却设计铸冷

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双层壳型涡轮导向叶片冷却设计与研究

双层壳型涡轮导向叶片冷却设计与研究

作者：苏云亮电子科技大学

学位级别：硕士

现代航空发动机追求的目标是不断提高推重比,推重比的不断增加,必然导致现代高性能燃气涡轮发动机的涡轮前温度进一步提升。现有推重比10一级的发动机涡轮进口温度达到了1800K～2000K,而推重比15～20一级发动机涡轮进口温度将达到2100K... 详细信息

现代航空发动机追求的目标是不断提高推重比,推重比的不断增加,必然导致现代高性能燃气涡轮发动机的涡轮前温度进一步提升。现有推重比10一级的发动机涡轮进口温度达到了1800K～2000K,而推重比15～20一级发动机涡轮进口温度将达到2100K～2300K,远远超过了发动机中高温合金材料的熔点温度。目前的涡轮复合式高效冷却叶片,只能满足推重比10一级发动机的设计要求,要发展更高推力的先进航空发动机,必须开展新型高效涡轮冷却叶片设计技术的研究。本论文针对推重比15～20一级发动机高压涡轮高效冷却叶片冷却设计要求,采用高起点、大跨度的思路,充分借鉴国外先进涡轮叶片冷却设计技术,采用气膜喷淋、气膜溢流增强效应、新型双层壳型狭小空间冲击-气膜等先进涡轮叶片冷却设计技术,完成双层壳型高效冷却涡轮导叶的研制工作,并在涡轮叶片综合冷却效果试验器上对使用的设计技术进行了针对性的验证。试验结果表明:在发动机设计状态下,导叶中截面平均绝对冷却效果和相对冷却效果分别为997℃和0.75,达到了设计指标要求。该叶片的冷却设计接近国际上推重比15一级发动机设计水平,其冷却结构形式属国内领先。

关键词：推重比冷却设计双层壳型