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透平级小翼-凹槽叶顶耦合传热性能研究

工程热物理学报 2024年第7期45卷 1960-1969页

作者：吴琛琦李浩玉何坤晏鑫西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

采用耦合传热方法研究了透平级小翼-凹槽叶顶的冷却传热性能,分析了耦合传热对两种凹槽叶顶(传统凹槽叶顶和带压力侧小翼凹槽叶顶)和动叶表面的传热系数、净热量减小量和气膜冷却效率分布的影响。结果表明:耦合传热对凹槽叶顶和动叶表... 详细信息

采用耦合传热方法研究了透平级小翼-凹槽叶顶的冷却传热性能,分析了耦合传热对两种凹槽叶顶(传统凹槽叶顶和带压力侧小翼凹槽叶顶)和动叶表面的传热系数、净热量减小量和气膜冷却效率分布的影响。结果表明:耦合传热对凹槽叶顶和动叶表面的冷却传热性能有显著影响。与纯流动区域计算结果相比:考虑耦合传热时传统凹槽叶顶面积平均传热系数增大了6.26%、带压力侧小翼凹槽叶顶面积平均传热系数减小了1.67%;考虑耦合传热时带压力侧小翼凹槽叶顶的动叶压力面平均传热系数增大了23.73%、吸力面平均传热系数增大了2.18%。叶顶结构对叶片表面的冷却传热性能影响较小。

关键词：凹槽叶顶小翼耦合传热气膜冷却

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双股射流撞击雾化的无网格MPS法数值研究

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1385-1394页

作者：崔龙豪孙一颉周子棋孙中国席光西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为研究质量流量和撞击角对双股射流撞击雾场的影响规律,采取移动粒子半隐式(MPS)法对双股射流撞击雾化过程进行数值模拟,针对数值模拟结果提出了用于液滴空间弥散状态研究的染色法并对雾场进行后处理分析。首先通过对泊肃叶流动和方形... 详细信息

为研究质量流量和撞击角对双股射流撞击雾场的影响规律,采取移动粒子半隐式(MPS)法对双股射流撞击雾化过程进行数值模拟,针对数值模拟结果提出了用于液滴空间弥散状态研究的染色法并对雾场进行后处理分析。首先通过对泊肃叶流动和方形液滴变圆的模拟,验证了充分发展速度进口模型和表面张力模型的正确性:随后通过分析质量流量和撞击角对雾化特性参数的影响,得到了典型工况下雾化后液膜生成并破碎为液丝、液丝发展为液滴的全过程。最终得到结论:质量流量从5g/s增加到25g/s,液滴平均粒径减少80.00%,雾化角增加42.13%;撞击角从30°增加到90°,液滴平均粒径减少94.22%,雾化角增加59.95%;当质量流量为20g/s,撞击角为75°时,雾化场能达到相对最优的状态。

关键词：移动粒子半隐式方法双股射流雾化过程

燃气透平叶片前缘冲击/气膜复合冷却的管网耦合方法研究

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西安交通大学学报 2024年第6期58卷 114-127页

作者：包林焌刘钊张韦馨丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为方便燃气透平叶片前缘冲击/气膜复合冷却结构的设计与研发,提出了一种管网耦合计算方法。利用Python编制了叶片冷却结构设计的一维管网程序,并采用冲击冷却的实验结果对管网程序进行了验证;结合ANSYS CFX三维数值计算软件,搭建了用于... 详细信息

为方便燃气透平叶片前缘冲击/气膜复合冷却结构的设计与研发,提出了一种管网耦合计算方法。利用Python编制了叶片冷却结构设计的一维管网程序,并采用冲击冷却的实验结果对管网程序进行了验证;结合ANSYS CFX三维数值计算软件,搭建了用于叶片前缘冲击/气膜复合冷却的管网耦合设计计算平台,设计了用于计算内部流场的管网模型,并提出了管网耦合计算中的外部气膜冷却修正方法;通过与经湍流模型验证和网格无关性考核后的三维气热耦合计算结果进行对比分析,验证了管网耦合计算方法的可靠性。结果表明:所设计的管网模型对叶片内部冷却具有较好的模拟精度,可用于管网耦合过程中内部流场的计算;与三维气动计算相比,采用气膜冷却修正方法得到的平均气膜冷却效率的相对误差在2.18%~12.2%之间,验证了气膜冷却修正方法的可靠性;管网耦合计算结果与三维气热耦合计算结果吻合良好,两种方法计算的叶片壁面温度分布一致,但采用管网耦合方法可以大大节约计算时间,耗时为三维气热耦合计算的1/18。管网耦合计算方法可应用于叶片前缘冲击/气膜复合冷却的设计与研究。

关键词：冲击/气膜复合冷却管网计算管网耦合气膜冷却修正

基于熵产理论的高负荷离心叶轮流动损失分析研究

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工程热物理学报 2024年第5期45卷 1350-1358页

作者：李童希王志恒王震飞张代男西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

高负荷离心叶轮被广泛应用于小型航空发动机中,了解其内部流动损失特性对进一步提升离心压气机性能有着至关重要的作用。本文采用熵产理论,对高负荷离心叶轮内的损失来源和分布特性进行分析。研究结果表明,湍流黏性耗散引起的熵产是总... 详细信息

高负荷离心叶轮被广泛应用于小型航空发动机中,了解其内部流动损失特性对进一步提升离心压气机性能有着至关重要的作用。本文采用熵产理论,对高负荷离心叶轮内的损失来源和分布特性进行分析。研究结果表明,湍流黏性耗散引起的熵产是总熵产的主要组成部分,叶顶泄漏、流动分离为叶轮内流动损失的主要来源。随着质量流量和转速的增加,流动分离逐渐加剧,总熵产增大,但各熵产来源的占比基本保持不变。当质量流量增加时,叶顶泄漏流强度增大,分流叶片吸力面上的流动分离位置逐渐向叶顶方向迁移。当转速增加时,叶顶泄漏流影响范围扩大,分流叶片上的分离位置向上游叶根迁移。

关键词：高负荷离心叶轮熵产理论流动损失

利用长短期记忆神经网络的改进POD-Galerkin降阶模型及其在流场预测中的应用

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 12-21页

作者：张译文王志恒邱睿贤席光西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对标准POD-Galerkin降阶模型在流场快速预测中存在误差而导致精度不高的问题,提出了一种利用长短期记忆神经网络的改进POD-Galerkin降阶模型。使用本征正交分解对流场进行降维,投影得到低维降阶模型,引入两个长短期记忆神经网络,建立... 详细信息

针对标准POD-Galerkin降阶模型在流场快速预测中存在误差而导致精度不高的问题,提出了一种利用长短期记忆神经网络的改进POD-Galerkin降阶模型。使用本征正交分解对流场进行降维,投影得到低维降阶模型,引入两个长短期记忆神经网络,建立从POD-Galerkin降阶模型到实际POD模态时间系数之间的修正映射、低阶模态时间系数与高阶模态时间系数之间的扩展映射,分别用于消除标准POD-Galerkin降阶模型的误差累积和扩展降阶模型的阶数,从而实现物理驱动与数据驱动混合的流动降阶模型的构建。将改进POD-Galerkin降阶模型应用于二维圆柱绕流的流场预测,通过与原始标准POD-Galerkin降阶模型的对比,分析了所提模型的精度和计算速度。结果表明:添加神经网络修正项后的降阶模型相较于标准POD-Galerkin降阶模型,有效提升了降阶模型的精度,预测各阶模态时间系数的均方根误差能够减小1~2个数量级,预测的流场更接近原始流场;在预测相同阶数的情况下,计算时间显著减小,基于4阶和6阶扩展的8阶改进降阶模型相较于原始8阶POD-Galerkin降阶模型预测速度分别提高了约56%和25%。

关键词：本征正交分解降阶模型神经网络流场预测

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先进抽水压缩空气复合储能技术

西安交通大学学报 2024年第5期58卷 1-9页

作者：王焕然席光李瑞雄姚尔人孙中国王志恒邹瀚森令兰宁贺新张宇飞西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作... 详细信息

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作为混合工作介质,利用水力机械设备和空气透平作为系统的复合做功设备,实现储能介质高效等温压缩/膨胀。相比于传统压缩空气储能技术,新型气液复合空气储能技术具有响应快、效率高、投资成本低等优点。团队通过10余年的攻关研究,完成了关键设备与储能系统的性能表征、时域特性研究、流体机械关键共性技术集中攻关、空气储能技术全寿命周期性能评估软件的研发及应用,研究成果可为气液复合压缩空气储能技术的规模化推广应用提供坚实的理论与数据支撑。

关键词：压缩空气储能技术近等温压缩抽水压缩空气复合储能技术高效运行

缸内流场扰动对快速压缩机着火中间物种采样测量影响的数值研究

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西安交通大学学报 2024年第8期58卷 60-68页

作者：武颖韬饶伯暄汤成龙黄佐华西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对燃料自燃活性表现出负温度系数(NTC)效应时的快速压缩机缸内流场扰动对物种采样精度影响不明的问题,建立了燃料自燃过程物种采样的数值模型,通过控制活塞缝隙容积在燃烧缸内产生了不同强度的气流扰动,探究了NTC及气流扰动共同作用... 详细信息

针对燃料自燃活性表现出负温度系数(NTC)效应时的快速压缩机缸内流场扰动对物种采样精度影响不明的问题,建立了燃料自燃过程物种采样的数值模型,通过控制活塞缝隙容积在燃烧缸内产生了不同强度的气流扰动,探究了NTC及气流扰动共同作用对正丁烷混合气自燃过程物种采样精度的影响规律。研究结果表明:受燃料NTC效应的影响,两种典型的物种采样方法均出现了反向稀释现象,即燃料的采样浓度偏低,中间产物的采样浓度偏高。反向稀释与采样方法的系统误差产生抵消,导致NTC区域内物种采样精度受气流扰动的敏感性降低。抑制燃烧缸内的气流扰动有利于提高采样精度,然而在绝对无扰动的流场下,整体冻结法的采样误差受热边界层作用反而会略微提高。该研究为燃料自燃过程中物种采样实验的设计及数据不确定性分析提供了有价值的参考。

关键词：物种采样气流扰动负温度系数着火延迟时间快速压缩机

塔式聚光集热系统镜场优化及其光–热综合性能对比分析

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工程热物理学报 2024年第6期45卷 1793-1799页

作者：冷亚坤杨思远程泽东张嘉琦何雅玲西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

本文提出了一种新型塔式定日镜场的生成方式,并将其用于改进Solar Two塔式电站镜场布局。首先以年加权光学效率为目标函数,采用遗传算法对新型镜场布局参数进行优化,随后对比分析了优化后的新型定日镜场与Solar Two塔式电站初始镜场下... 详细信息

本文提出了一种新型塔式定日镜场的生成方式,并将其用于改进Solar Two塔式电站镜场布局。首先以年加权光学效率为目标函数,采用遗传算法对新型镜场布局参数进行优化,随后对比分析了优化后的新型定日镜场与Solar Two塔式电站初始镜场下的聚光集热系统光–热综合性能指标。结果表明,优化后新型定日镜场的光学效率和能流均匀性等指标相较Solar Two塔式电站初始镜场均表现出优势;对比吸热器的热性能,发现新型定日镜场有效提升了吸热器热效率,新型定日镜场作用下吸热器的年平均热效率提高了1.65%。本文所提出的新型镜场生成方式与镜场布局可有效提升塔式电站光–热综合性能,为塔式聚光集热系统的设计提供参考。

关键词：塔式太阳能电站定日镜场布局镜场优化算法吸热器简化模型光–热综合性能

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带肋复合微通道换热器内流动传热性能研究

西安交通大学学报 2024年第8期58卷 92-102页

作者：赵浩腾崔凯路张子涛吴越何坤晏鑫西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为探究微肋与二次通道复合结构对微通道换热器流动换热性能增强的影响机理,采用数值方法,研究了不同雷诺数下6种带肋复合微通道换热器内的压降、流场结构、摩擦系数、基底温度、相对努赛尔数和综合流动换热性能,并与矩形光滑微通道和无... 详细信息

为探究微肋与二次通道复合结构对微通道换热器流动换热性能增强的影响机理,采用数值方法,研究了不同雷诺数下6种带肋复合微通道换热器内的压降、流场结构、摩擦系数、基底温度、相对努赛尔数和综合流动换热性能,并与矩形光滑微通道和无肋二次通道微通道的流动换热性能进行了对比。研究表明:在流动特性方面,引入二次通道结构对微通道内的压降损失和相对摩擦系数没有影响,但引入微肋结构会产生节流效应并诱发漩涡结构,导致微通道内的压降损失增大3~10倍;在传热特性方面,引入二次通道结构能够强化换热,在二次通道结构基础上增加微肋结构能进一步增强微通道换热器的传热性能;相比于矩形光滑微通道和无肋二次通道微通道,复合微通道换热器的基底温度最高下降13.52 K,相对努塞尔数最高增大35.36%;在综合性能方面,对于所研究的6种带肋复合微通道换热器,前三角肋复合微通道具有最优的流动传热综合性能,并具有高流速、低泵功率、低热阻等优点。

关键词：换热器复合微通道二次通道微肋流动传热