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条缝喷嘴几何结构对旋流冷却特性的影响

航空动力学报 2024年第1期39卷 40-48页

作者：马永乐成克用淮秀兰中国科学院工程热物理研究所北京100190 中科南京未来能源系统研究院南京211135 中国科学院大学南京学院南京211135 中国科学院大学工程科学学院北京100049

为了寻求更优的透平叶片前缘冷却结构,建立了条缝喷嘴旋流冷却结构,并选用标准k-ε湍流模型进行数值计算,探究了条缝喷嘴几何结构对旋流冷却流动与换热特性的影响。在所研究雷诺数范围内,条缝喷嘴旋流冷却靶面换热流向不均匀度比离散结... 详细信息

为了寻求更优的透平叶片前缘冷却结构,建立了条缝喷嘴旋流冷却结构,并选用标准k-ε湍流模型进行数值计算,探究了条缝喷嘴几何结构对旋流冷却流动与换热特性的影响。在所研究雷诺数范围内,条缝喷嘴旋流冷却靶面换热流向不均匀度比离散结构小67.8%~71.9%;条缝喷嘴旋流冷却靶面换热强度在喷嘴范围内沿流向呈上升趋势;通过改变条缝喷嘴截面斜度角可以有效影响靶面换热分布,当斜度角为0.24 rad时,换热强度沿流向基本呈均匀分布,超过此值,则呈下降趋势;条缝喷嘴高度对旋流冷却换热均匀性影响较为明显,当喷嘴高度是水力直径3.41倍时,综合性能最好;此外,还探究了条缝喷嘴宽度对旋流冷却的影响。

关键词：燃气轮机叶片前缘条缝喷嘴旋流冷却流动传热

基于蒙特卡罗法的燃气轮机总体性能不确定性分析

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发电技术 2024年

作者：卢文强陈岩付经伦刘海松孔祥玲江苏大学流体机械工程技术研究中心中国科学院大学中科南京未来能源系统研究院江苏盐海化工有限公司中国科学院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室

燃气轮机设计加工过程中，部件几何结构和运行条件存在着许多不确定性，从而对燃机的热性能影响显著。基于蒙特卡罗方法，建立燃气轮机总体性能不确定性分析模型；针对航改燃机结构，引入压气机效率、压气机进口流量、透平效率和冷却空... 详细信息

燃气轮机设计加工过程中，部件几何结构和运行条件存在着许多不确定性，从而对燃机的热性能影响显著。基于蒙特卡罗方法，建立燃气轮机总体性能不确定性分析模型；针对航改燃机结构，引入压气机效率、压气机进口流量、透平效率和冷却空气流量4个独立参数的不确定分布，对比其不确定性相互耦合及独立情况下的对其总体性能及部件运行参数的影响。结果显示，透平效率相比于其他3个参数，其不确定性对燃机输出功率分布、效率和排温的影响更明显。

关键词：燃气轮机发电机组蒙特卡罗方法不确定性总体性能

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一种基于图像的燃气轮机叶型参数测量方法

发电技术 2024年第1期45卷 106-112页

作者：崔则阳孔祥玲付经伦施佳君中国科学院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室北京市海淀区100190 中科南京未来能源系统研究院燃气轮机数字化中心江苏省南京市210000 中国科学院大学北京市海淀区100000 中国科学院大学南京学院江苏省南京市210000

叶型参数的准确测量是实现叶片性能诊断和逆向建模的关键步骤。为了提高叶型参数的测量效率,提出了一种基于图像的参数提取方法。首先,采用骨架提取算法对叶片中弧线进行定位;然后,通过拟合计算获得中弧线函数及叶型厚度分布;最后,采用... 详细信息

叶型参数的准确测量是实现叶片性能诊断和逆向建模的关键步骤。为了提高叶型参数的测量效率,提出了一种基于图像的参数提取方法。首先,采用骨架提取算法对叶片中弧线进行定位;然后,通过拟合计算获得中弧线函数及叶型厚度分布;最后,采用优化算法提高叶型参数辨识精度。实验结果表明,所提出的基于图像的叶型测量方法具有较高的准确性,测量相对误差小于1.5%,且应用方便、灵活,为叶片几何参数的快速、准确测量提供了新的解决方法。

关键词：燃气轮机叶型参数测量图像处理骨架提取

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旋转诱导下向心涡轮盘腔封严特性实验研究

推进技术 2024年

作者：吴磊尹钊张华良程坤李英南徐玉杰陈海生中国科学院工程热物理研究所中国科学院大学工程科学学院中科南京未来能源系统研究院中国科学院大学南京学院毕节高新技术产业开发区国家能源大规模物理储能技术研发中心中国科学院清洁能源创新研究院

本文以向心涡轮盘腔作为研究对象，基于向心涡轮旋转盘腔实验台，对旋转诱导下向心涡轮盘腔封严特性进行实验研究，获得了不同封严流量及旋转雷诺数下盘腔内部的静压以及封严效率的分布，并开展非定常仿真数值验证。实验结果表明：向心... 详细信息

本文以向心涡轮盘腔作为研究对象，基于向心涡轮旋转盘腔实验台，对旋转诱导下向心涡轮盘腔封严特性进行实验研究，获得了不同封严流量及旋转雷诺数下盘腔内部的静压以及封严效率的分布，并开展非定常仿真数值验证。实验结果表明：向心涡轮盘腔低半径处静压对于封严流量变化相对于高半径处更为敏感，同时高低半径处静压随着旋转雷诺数的变化产生相反的变化趋势；封严效率随封严流量增加而提高，同时随着旋转雷诺数增加而降低，孔板模型（Orifice Model）适用于向心涡轮盘腔，封严预测最大误差为2.1%。非定常仿真获得的封严效率与实验结果吻合良好，盘腔轮缘处同一位置不同时刻均存在主流入侵以及封严流出流交替现象，对盘腔内封严效率的径向以及周向分布均造成周期性脉动。

关键词：向心涡轮盘腔旋转诱导封严特性孔板模型

兆瓦级锂冷空间核反应堆电源方案设计与研发进展

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 365-376页

作者：吴宜灿刘超金鸣陈建伟张勇吴庆生洒荣园柏云清李春京蒋洁琼宋勇胡丽琴王芳谈鹏翁娜江新标高扬周新贵郑友琦鹿鹏张智刚郝祖龙殷园中子科学国际研究院青岛266199 中子科学(重庆)研究院有限公司重庆401331 中子科学研究院(合肥)有限公司合肥230001 安徽中科超核科技有限公司合肥230001 中国科学院合肥物质科学研究院合肥230001 中国科学技术大学合肥230026 上海核工程研究设计院有限公司上海200233 西北核技术研究院西安710024 中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073 西安交通大学核科学与技术学院西安710049 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室哈尔滨150001 华北电力大学核科学与工程学院北京102206 深圳大学物理与光电工程学院深圳518060 山东大学核科学技术研究院济南250012

空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线.本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上,提出并设计了一套兆瓦级小型... 详细信息

空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线.本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上,提出并设计了一套兆瓦级小型锂冷空间堆电源技术方案,该方案采用锂冷反应堆与布雷顿发电系统耦合,具有轻量化、长寿命等特点.本文针对该方案梳理了所涉及的关键技术,介绍了在技术分析论证、相关验证样机和实验平台研制的进展情况,并在此基础上提出我国未来发展大功率空间堆电源的建议.

关键词：空间核反应堆锂冷反应堆布雷顿发电

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旋流预混燃烧室火焰描述函数分析及其自激热声计算

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推进技术 2023年第1期44卷 169-181页

作者：余志健杨旸中国科学院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100190 中国科学院中科南京未来能源系统研究院江苏南京210000

为考察运行参数对火焰描述函数的影响,及验证结合火焰描述函数的燃烧室热声不稳定数值预测方法可行性,测量了一燃气轮机典型旋流部分预混火焰不同运行参数下的火焰描述函数,并结合该实测火焰描述函数及热态阻尼率,采用亥姆霍兹法数值预... 详细信息

为考察运行参数对火焰描述函数的影响,及验证结合火焰描述函数的燃烧室热声不稳定数值预测方法可行性,测量了一燃气轮机典型旋流部分预混火焰不同运行参数下的火焰描述函数,并结合该实测火焰描述函数及热态阻尼率,采用亥姆霍兹法数值预测了燃烧室自激热声振荡参数。结果表明,该旋流部分预混火焰的火焰描述函数具有低通和带通增益峰,随激励振幅增加,增益不断降低;相位值与频率基本呈线性关系。当量比较低时,火焰描述函数主要呈现火焰拉伸效应引起的低通增益峰;随当量比增加,低通增益逐渐减弱,涡脱落效应引起的带通增益峰逐渐加强。随空气流量增加,火焰描述函数高增益频率带明显拓宽,而高增益对应的施特劳哈尔数St边界变化较小,增益峰均位于St=0.23和0.80附近。结合实测火焰描述函数、热态有火焰下阻尼率及温度分布,亥姆霍兹法数值预测的特征频率相对误差约10%,速度振幅比绝对误差在0.05以下。

关键词：热声不稳定火焰描述函数旋流预混火焰运行参数亥姆霍兹法数值预测

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一种基于图像的叶型参数测量方法

发电技术 2022年

作者：崔则阳孔祥玲付经伦施佳君中科院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室中科南京未来能源系统研究院燃气轮机数字化中心中国科学院大学中国科学院大学南京学院

叶型参数的准确测量是实现叶片性能诊断和逆向建模的关键步骤。为了提高叶型参数的测量效率，提出了一种基于图像的参数提取方法。首先，采用骨架提取算法对叶片中弧线进行定位；之后，通过拟合计算获得中弧线函数及叶型厚度分布；最后... 详细信息

叶型参数的准确测量是实现叶片性能诊断和逆向建模的关键步骤。为了提高叶型参数的测量效率，提出了一种基于图像的参数提取方法。首先，采用骨架提取算法对叶片中弧线进行定位；之后，通过拟合计算获得中弧线函数及叶型厚度分布；最后采用优化算法提高叶型参数辨识精度。实验表明，所提出的基于图像的叶型测量方法具有较高的准确性，测量相对误差小于1.5%，且应用方便、灵活，为叶片几何参数的快速、准确测量提供了新的解决方法。

关键词：叶型参数测量图像处理骨架提取

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汽轮机末级湿蒸汽凝结流动模型差异性研究

热能动力工程 2023年第3期38卷 31-40页

作者：吴涛杨爱玲陈二云彭姝璇上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 中科南京未来能源系统研究院江苏南京210000

以汽轮机末级叶片为研究对象,采用计算流体力学方法对单流道几何模型进行数值计算,研究了湿蒸汽平衡与非平衡凝结流动模型之间的特性差异,并基于非平衡凝结探讨表面张力修正系数(NBTF)在定常分析中对湿蒸汽参数的影响。结果表明:非平衡... 详细信息

以汽轮机末级叶片为研究对象,采用计算流体力学方法对单流道几何模型进行数值计算,研究了湿蒸汽平衡与非平衡凝结流动模型之间的特性差异,并基于非平衡凝结探讨表面张力修正系数(NBTF)在定常分析中对湿蒸汽参数的影响。结果表明:非平衡凝结模型主要影响液滴数目及颗粒直径,速度场分布与平衡凝结模型有较大差异;基于非平衡凝结模型对表面张力进行修正的模型会降低级内热力学损失,总-静效率比未修正表面张力的原型增加0.16%,相较平衡凝结模型降低3.26%;在主频下,修正模型动叶所受轴向激励力相较于平衡凝结模型减少52.76%,切向激励力减少57.12%,但轴向力与切向力载荷均方根值分别增加1.59%和0.21%。

关键词：湿蒸汽平衡凝结非平衡凝结表面张力修正系数非定常流动特性

基于分离涡模拟的平板气膜涡系结构与流动损失数值研究

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推进技术 2023年第5期44卷 86-96页

作者：吴琼尹钊张华良徐玉杰陈海生中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中科南京未来能源系统研究院江苏南京211135 中国科学院清洁能源创新研究院辽宁大连116023

气膜冷却在保护高温部件的同时,主流与冷气干涉会形成复杂的涡系结构并造成掺混损失,研究二者之间的作用机理对指导气冷涡轮优化设计具有重要意义。本文采用DES(Detached-Eddy Simulation)方法对平板圆柱气膜孔的流场进行非定常数值模拟... 详细信息

气膜冷却在保护高温部件的同时,主流与冷气干涉会形成复杂的涡系结构并造成掺混损失,研究二者之间的作用机理对指导气冷涡轮优化设计具有重要意义。本文采用DES(Detached-Eddy Simulation)方法对平板圆柱气膜孔的流场进行非定常数值模拟,分析了涡系演变规律以及掺混损失。结果表明:随着吹风比的提高,冷气射流与主流的流动掺混过程表现为两种不同的模式,低吹风比时下游冷气主要受顺时针方向的迎风涡控制,高吹风比时逆时针方向的迎风涡和顺时针方向的背风涡同时控制下游冷气运动;频谱分析显示,流场扰动存在着明显的倍频关系,基频信号由脱落涡产生,频率大小与吹风比呈线性关系;损失分析表明,流场损失主要由冷气与主流的温差换热导致,占总熵损失的90%以上。

关键词：燃气轮机气膜冷却冷气掺混迎风涡气动损失雷诺应力分离涡模拟