Content of Fluid mechanics in our journal

  • Published in last 1 year
  • In last 2 years
  • In last 3 years
  • All

Please wait a minute...
  • Select all
    |
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 790-801.
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 907-922.
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 923-933.
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 934-945.
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 946-957.
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(6): 2137-2149.
    多孔介质内非混相驱替过程对于很多自然过程和工业应用都具有重要的基础研究价值。虽然该领域已有大量研究工作,但由于影响因素众多,一些局限性仍然存在。在本文中,我们开展了关于多孔介质内非混相驱替过程的系统性实验研究,讨论了毛细力、粘性力、润湿性和孔隙结构的综合影响。通过高分辨率微流控实验,残余流体分布和动态侵入过程都可以被清晰捕捉和定量表征。在排驱过程中,随着毛细数Ca增大,侵入流体呈现出一种“空隙填充”行为。然而在不利粘度比吸吮过程中,侵入流体会表现出一种相反的“空隙留出”行为,即中等Ca条件下可以被侵入的带状区域在大Ca条件下不再能被侵入。具有较大孔喉比的孔隙结构可以强化这种空隙留出行为。对于动态侵入实验结果,我们通过侵入流体饱和度增速的波动性表征了侵入过程的间歇性现象。具有不利粘度比的排驱过程呈现出最强烈的间歇性。具有较高孔隙度的孔隙结构可以对侵入间歇性产生抑制作用。本文的实验结果不仅展示了不同条件下多孔介质内非混相驱替行为的“全景”,而且提供了较为完整的数据集,可用于测试目前正在高速发展的多种孔尺度模型。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(6): 2150-2163.
    针对不同工况,从实验和理论上研究了后壁间隙、CWL(临界水位)和水中气体含量对进水池内流态的影响。统计数据表明,两相流的CWL比相对低流速的单相流低,随着流量增加,这一趋势则完全相反。在亚临界、临界和超临界流速条件下获得的详细实验数据表明,后壁间隙越大,涡旋越多,自由表面漩涡强度越高。最小后壁间隙下,入口来流占据了喇叭管管口下方的大部分空间,并且入口来流和后壁折射流动相对于除喇叭管轴线之外的某一垂直线不对称。对于较大和最大的后壁间隙,入口来流和后壁折射流动相对于喇叭管轴线几乎对称。不同后壁间隙大小下的两条PIV测速线上的速度分布表明,最小后壁间隙(Lbc=1.2 D)对喇叭管周围的流动具有明显影响效应。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(6): 2164-2177.
    空冷凝汽器(ACC)的冷却性能容易受到环境风的不利影响。为减弱这种不利影响,本文提出了三种安装在空冷平台下的横向双层导流板。通过数值模拟的方法,得到了2×660 MW直接空冷系统的流动传热性能的主要参数。结果显示,得益于其引导作用,导流板可以有效降低进气温度,并提高迎风侧风机的质量流量,特别是在高风速时,且在0°风向下空冷凝汽器的冷却能力的提升是最小的。在所研究的导流板中,‘倾斜-垂直’导流板在提升空冷凝汽器性能上的表现优于其他形式的导流板。当风速为12m/s时,它能使背压降低12.15%。因此,在实际工程中可以应用该形式的导流板来提高空冷凝汽器的性能。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(6): 2178-2185.
    The increasing performance of modern aeroengines led the research towards the optimization of machine components not deeply analyzed in the past. In this context, the mechanisms driving the interaction process between the secondary flows evolving at the hub of low-pressure turbines with the rotor-stator cavity systems have been poorly investigated in the literature. In this work, an experimental and numerical analysis of the interaction between the endwall near wall flow and the leakage flow of a real cavity system is presented. The experimental results were carried out in the annular low-pressure axial flow turbine of the University of Genova. Experimental blade loading and pressure distributions into the cavity, as well as the measured total pressure loss coefficient, have been used for a proper validation of CFD results. Both steady and unsteady calculations were carried out through the commercial solver Numeca. Particularly, several numerical approaches have been tested into this work: RANS, Non Linear Harmonic (NLH), and URANS.
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(5): 1814-1826.
    在雷诺数为5000~45000的定壁温条件下,对螺旋槽管内空气的湍流动能和换热性能进行了数值研究。在此基础上,分析了五种不同几何参数螺旋槽管的流体动力学和换热性能,以及分离涡和旋流尾流对换热和流动阻力的影响。结果表明,流体撞击槽的迎风面,产生强烈的湍流动能,进一步重建边界层,从而强化了换热。第二个原因是槽间流体脱体产生的回流区的形成扰动了边界层。随着dl/D的增大,槽背风面的分离涡强度增大。分离涡的存在会破坏边界层,提高换热能力,并伴随着流体阻力的增大。随着pl/D的减小,螺旋流增强,同时产生更多的尾流。螺旋流对强化传热影响不大,但抑制了分离涡和流体脉冲的发展,同时降低了流体阻力。平均努塞尔数的最大值出现在Re=5000,dl/D=0.25,pl/D=1.00时,是光滑管的2.53倍。在整个雷诺数范围内,热性能增强系数表明,dl/D=0.15和pl/D=1.00是最佳的几何设计参数。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(5): 1827-1841.
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 743-757. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1444-1
    中文摘要:由于复杂的外界环境,大型风电机组叶片在运行过程中存在粘性摩阻、流动分离和噪声等气动问题,严重地影响了叶片和机组的性能。因此,急需采取有效的措施来解决上述的问题。近些年,仿鲨鱼皮肋条,仿鲸鱼鳍凹凸前缘和仿猫头鹰翅膀锯齿尾缘的新型流动控制方法被广泛研究,并且在控制效果和控制机理上取得了良好的进展。然而,由于缺乏能够准确地反映仿生结构对流场的影响的模化方法,导致无法对仿生叶片进行优化设计,进而导致这些潜在的技术无法在风电领域中应用。为此,这篇综述论文首次对三种仿生技术的流动控制机理进行集中综述。在此基础上,提出了一些可行的模化思路。最后,再选择典型的翼型计算其周围流动,以验证这些模化方法的可行性和准确性。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 758-771. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1435-2
    中文摘要:H型垂直轴风力机的气动力和涡特性由于动态失速而变得复杂,尤其是在叶片翼展方向上影响较为突出。这项研究的重点是通过数值仿真和风洞实验评估H型垂直轴风力机在翼展方向上的气动性能和涡特性。叶片表面的压力分布是通过风洞中多点压力测量装着获得,同时通过数值仿真研究叶片不同截面的涡场,对比数值仿真与实验结果分析失速行为。研究发现单叶片的切向力主要由叶片弦向位置x/c≤0.4c提供,同时单叶片的功率主要由方位角范围(60°,150°)内的截面z/(H/2)=0~0.7提供。在叶片截面位置z/(H/2)=0.5,叶片表面的气流分离出现在吸力面,并逐渐向前缘发展。随着尖端速度比的增加,截面平均功率系数的开始减小位置更接近于中间截面z/(H/2)=0,并且功率系数衰减速度越来越快。当叶尖速比为1.38、2.19和2.58时,叶片截面z/(H/2)=0.9的功率系数分别降低了38.29%、46.78%和56.42%。本文的研究结果为进一步了解H型VAWT的性能特征和涡特性的发展提供了更好的认识。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 817-827. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1328-9
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 828-839. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1458-8
    中文摘要:将传统燃油汽车所用的空源热泵制热系统直接应用于电动汽车,当车外环境温度较低时,制热能力严重不足,影响驾驶舒适真是行驶安全。采用压缩机中间补气的准二级压缩系统则可以很好的提升热泵冬季的制热性能。冬季寒冷天气下,在电动汽车起步阶段电动汽车制热系统与平稳行驶时不同,车内冷凝器进口温度很低,但制热量需求很大,同时电池放电不足,此时热泵系统的运行情况和控制策略都需要进行优化。本文针对电动汽车用准二级压缩热泵系统在汽车启动阶段的运行特性,尤其针对室外温度在-5℃到-20℃的寒冷天气,开展了一系列的实验研究,并对压缩机转速和压缩机中间补气的状态等对系统制热特性的影响进行深入讨论。根据实验结果的分析,提出了电动汽车启动阶段准二级压缩热泵系统的控制策略。研究结果显示,文中提出的控制方式对提升冬季电动汽车启动阶段的热泵制热能效具有一定效果。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 840-848. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1356-5
    中文摘要:针对离心泵叶轮叶片形状与其水力性能之间的复杂关系,提出采用本征正交分解(POD)法对离心泵叶轮叶片型线及其流场进行知识挖掘。由三次Bezier曲线对低比转速离心泵叶片型线进行参数化控制,通过拉丁超立方设计(LHD)方法,对叶片包角、叶片进出口安放角进行适当扰动得到所需样本。由NSGA-II算法与RBF相结合对离心泵水力效率和扬程进行多目标优化并得到其Pareto最优解。为进一步分析离心泵叶轮叶片形状与其水力性能之间的关系,采用POD方法对叶片形状与流场结构的关系进行分析。以MH48-12.5型离心泵为研究对象,对多目标优化所得Pareto最优解对应的叶轮叶片型线及相对速度场进行特征分析。结果表明,增加叶片安放角、减小叶片包角可以增大叶轮内的平均动能,从而提高泵的扬程;减小叶片安放角、增大叶片包角可以减小从叶片工作面到叶片背面的速度梯度,从而减小水力损失,提高设计效率。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 849-858. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1370-7
    中文摘要:本文采用数值模拟结合实验的方法,研究了双叶片自吸离心泵自吸过程中泵内气液两相流流态的变化规律。利用欧拉-欧拉多相流模型和SST k-ω 湍流模型对泵自吸过程开展了数值研究,通过考虑电机转速变化和气体可压缩性进一步优化数值计算的边界设置。通过上述研究,揭示了自吸过程中泵内液位的变化情况,与实验所得的水位变化情况进行对比发现两者具有良好的一致性。对比数值与实验结果发现液体充满进水管的时间分别为22s和24s。自吸泵的自吸过程可分为三个阶段,分别为液体在进水管中的快速上升阶段,缓慢上升阶段和液体被吸入到泵体中的阶段。液体在进水管中上升时,呈现波动上升的状态;回流孔的回流液会在叶片的挤压作用下与空气充分混合形成气泡群,当气泡群经过隔舌时在隔舌和剪切力的共同作用下分离成两部分,一部分被排出到泵体外,另一部分继续在泵内循环。最后,通过数值和实验发现当气体被排出到出水管中时,气泡流型在出水管中呈现泡状流或弹状流形态。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 869-879. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1373-z
    中文摘要:超临界CO2非线性变温过程的温度滑移使换热器中的传热夹点展示出了多重特性,如夹点大小、位置分布及其数量,这些特性使跨临界CO2循环热力学性能更复杂,最终会影响系统最优工作状态的评估。基于热力学第二定律,本文提出了一种以温度匹配度为判断指标的传热夹点约束条件下跨临界CO2热泵系统热力学性能评价方法。探讨了传热夹点多重参数特征变化对温度匹配度的影响机理,以及温度匹配度对系统热力学性能影响。分析了温度匹配度与系统COP、㶲效率之间的内在联系,结果表明温度匹配度指标数值的变化可以表征系统COP与㶲效率的变化趋势,即,温度匹配度数值越小,换热流体之间的温度分布越接近Lorenz循环,系统COP与㶲效率则越大。最后探讨了温度匹配度与最优状态控制,结果表明通过监控与温度匹配度指标有本质关系的冷却器CO2出口温度,可在线判断实际工况与最佳工况的偏离程度,有利于实时评估系统的工作状态。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 973-982. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1469-5
    中文摘要:本文采用k-w SST湍流模型和三维RANS方程求解方法,利用商用软件ANSYS Fluent,对不同轴向间隙下的叶顶泄漏流动进行了数值研究,分析轴向间隙变化下汽封腔室内的流场特性和叶顶区域泄漏损失的分布规律。研究结果表明:随着轴向间隙增加,叶顶汽封内流场会经历复杂的变化。在较小的轴向间隙下汽封腔室内存在两个旋向相反的涡,分别是腔室内的大涡和围带壁面附近的小涡;随着轴向间隙的增大,围带壁面附近的小涡逐渐消失,当轴向间隙增加到一定值时,汽封低齿后腔室内的大涡出现反向涡动,泄漏量显著增大,动叶出口气流角和掺混损失也变现出了不同程度的变化。在传统叶顶泄漏量计算公式的基础上引入当量汽封齿数构造出了考虑轴向间隙变化的更准确的叶顶泄漏量计算公式。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 983-998. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1371-6
    中文摘要:在现代高负荷小展弦比高压透平中,叶片通道内的二次流非常强,占据了叶高方向的很大一部分区域。 已有研究大多关注大展弦比环境中尾迹造成的时序效应,对于二次流动的影响还没有完全了解。本文研究了1.5级高压透平的时序效应,重点研究了二次流结构的变化及其对透平性能的影响。利用自主发展的高精度求解器进行了非定常流动模拟,并详细分析了不同时序位置时的损失特性和机理。本文结果表明,对于所研究的多级高压涡轮,静叶/静叶时序位置对损失的影响恰好与已有研究中低压涡轮的相关结论相反,其关键机制是端区二次流动的非定常输运。详细的流动分析表明,来自第一级静叶的尾迹和近叶顶二次流在进入第二级静叶通道后呈现出不同的运动轨迹,对于不同的静叶相对位置,来自第一级的二次流在进入第二级静叶通道后,位置和形态都发生了明显的变化,二次流的不同特性解释了时序效应引起的性能变化。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 999-1009. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1436-1
    中文摘要:在离心压气机内部,任何形式的间隙都可能导致能量损失。但是本研究发现,扩压器叶片顶部的间隙也会造成压气机稳定裕度的提升。为了增加一台带有串列叶栅扩压器的离心压气机的稳定裕度,研究了不同位置和不同宽度的扩压器叶顶间隙对压气机性能的影响。结果表明,占通道宽度比例为2.5%的叶顶间隙可以将压气机的喘振裕度从33.28%提升至49.2%,稳定裕度从44.2%提升至60.5%,而间隙带来的压比损失和效率损失分别为1.16%和1.14%。间隙宽度不大于5%即可有效扩宽压气机的工作区间,但是当间隙宽度大于5%是,所带来的裕度提升十分有限,而且会造成大量的损失。扩压器叶顶间隙还能一定程度上降低扩压器通道的进口气流马赫数,而且扩压器叶顶间隙的作用会受到叶轮叶顶间隙的影响。因此,轮盖一侧的扩压器叶顶间隙性能略好于轮毂一侧的间隙。本文对数值计算结果进行了实验验证,可以保证本文计算的正确性,并且所得到的研究结论适用于其他带串列叶栅扩压器的压气机。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 1010-1024. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1468-6
    中文摘要:本文描述了在航空发动机高压涡轮导叶端区采用间断缝与槽孔新型组合结构的气膜冷却特性。间断缝由燃烧室和高压涡轮导向器之间的不均匀热膨胀形成,其通过抑制叶片前缘马蹄涡的发展来改善前缘端区和叶片压力面与端区结合部的气膜冷却有效性。相较于在叶片通道端区布置普通气膜孔,本文引入将普通孔嵌入直沟槽的槽孔结构来提高气膜冷却有效性,主要讨论了横向压力梯度,离散缝冷气和台阶对槽孔中冷气横流的影响。采用三维RANS湍流模型(SSTκ-ω)得到了叶栅模型的流场和气膜冷却有效性,计算了槽孔四个吹风比M=0.5-2.0和两个轴向位置X/Cax=-0.05,0。由于叶栅通道存在横向压力梯度,槽孔内的冷气横流趋向吸力面一侧流动,这与平板通道的两侧流动不同。对于间断缝和槽孔的组合结构,台阶涡把槽内冷气横流卷入槽上游,改变了上游有效性分布。与普通孔相比,槽孔在高吹风比下仍然可以获得更好的气膜冷却有效性。本文还讨论了槽孔轴向位置的影响
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 1025-1033. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1343-x
    中文摘要:离心压缩机可调进口导叶在绕其自身转轴旋转时为了避免与机匣端壁发生碰撞,会在导叶顶部留有圆弧状的间隙,部分气流从间隙处流过而得不到有效调节,并形成叶顶间隙泄漏涡,对主流造成影响,使压缩机性能下降。为了解决这一问题,本文提出了三种导叶通道结构形式的改进方案,包括矩形通道、弧形通道和球形通道,有效地提高了导叶的调节能力。这三种改进的通道与未改进之前的原始形式相比,扩大了压缩机的稳定工况范围,减少了压缩机的功耗,提高了压缩机的效率。综合比较,弧形通道具有更好的效果,并且更容易加工,在实际中应得到广泛应用。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 530-539. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1316-0
    中文摘要:在钛合金薄板两道微束等离子弧焊的过程中,基于接触热阻理论,建立了钛合金薄板与柔性夹具间接触传热的三维瞬态传热有限元模型。研究了接触上表面(钛合金薄板)温度、微观接触热阻、微观间隙热阻、直流和脉冲焊接对接触热阻的影响,并对比了仿真与实验结果。研究结果表明,当接触上表面温度在290-370 K范围内,接触热阻随温度的升高而增大;微观接触热阻对接触热阻的影响比微观间隙热阻大26.1%-46.3%;脉冲焊接的接触热阻比直流焊接大3.1%-3.5%;熔池深度的仿真与实验结果的误差为8.6%,验证了模型的可靠性。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 562-573. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1391-2
    中文摘要:为了分析带有分流叶片的低比转速离心泵叶轮流道中每个子通道的内部流动特性,数值分析研究了一个叶轮流道内压力波动的时间历程波形和频谱及与之相对应的流态分布。同时进行了性能实验和粒子图像测速(PIV)测试,以验证数值计算的结果。结果表明,数值分析与试验结果吻合良好。压力波动的时间历程和频谱取随着监测点的位置(靠近或远离蜗壳舌)的不同呈现出不同的变化。每个监测点的主频等于五倍或十倍的轴频。在一个叶轮流道中,由分流叶片分开的每个子通道处的射流-尾迹形态在周向上并不均匀。对于远离蜗壳舌的流道,压力侧子通道的湍动能要比吸力侧子通道的大得多。随着流量的增加,靠近蜗壳出口弯头的区域出现了大尺度涡。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 598-609. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1325-z
    中文摘要:本文通过实验和模拟研究了直线压缩机在制冷系统中的启动特性。文章建立了考虑非线性气体力的直线压缩机启动过程数学模型,采用Runge–Kutta方法求解,并搭建基于LabVIEW的实验平台对模拟结果进行了验证。实验结果表明,包括不稳定状态过程在内的数学模型仿真结果误差可控制在15%以内。通过搭建的制冷系统试验台,研究了环境温度及运行频率等对直线压缩机启动性能的影响,对比研究了环境温度为25℃和35℃时直线压缩机的不稳定特性,并通过模拟分析了直线压缩机启动过程产生不稳定现象的机理。模拟结果表明,直线压缩机启动过程中在泵气点位置和上止点位置容易出现运行不稳定现象。进一步研究表明,设计阶段通过适当增加动子质量或弹簧刚度可有效改善直线压缩机的启动运行稳定性。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 682-695. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1425-4
    中文摘要:压力敏感涂料(Pressure Sensitive Paint, PSP)测量技术具有非接触、高空间分辨率、覆盖面积大等优势,在空气动力学和热力学实验研究中得到越来越多的应用。然而,由于狭窄流道对光路的严重限制,该技术很少被成功地用于内流场研究,如压气机叶栅。本文采用PSP技术对稠度为2.3的高稠度压气机叶栅的全域表面压力分布进行测量。为获取内部流道的PSP集成图像,采用了双相机系统和三维重建、图像融合等方法,结果表明,采用所述方法可以获得质量较好、可读性强的图像测量结果。同时,将PSP测得的压力数据与传统测压方法测得的压力数据进行了比较,结果表明二者具有较好的一致性。此外,本文给出了不同进口马赫数和攻角条件下的整个叶栅通道表面压力的测量结果,结果表明,可以通过双相机系统对高稠度压气机叶栅通道的表面压力进行PSP全域测量。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 696-706. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1318-6
    中文摘要:相比于传统涡轮增压器,燃料电池车用离心压缩机常工作在靠近喘振线的工况下。低稠度和半高叶片扩压器是改善离心压缩机稳定性的好方法。通过定常与非定常数值仿真研究了四种扩压器结构的性能,即无叶扩压器(VLD)、全高低稠度扩压器(LSVD)、轮毂侧半高低稠度扩压器(HVD)以及轮罩侧半高低稠度扩压器(SVD)。结果表明:在设计工况、喘振工况及阻塞工况下,最好的扩压器分别为LSVD,HVD和SVD。相比于LSVD和VLD,HVD可以使发生喘振的流量降低15.53%及9.21%。在近喘振点,吸力侧通道涡在LSVD轮毂侧形成,且像周向失速团旋转。发卡涡在叶片前缘形成,被主流沿着吸力侧拉扯至发生局部涡脱落。基于半高叶片扩压器的扩稳机理是叶顶泄漏涡从间隙侧迁移至叶片安装侧,并补充了该侧的低动量区。半高叶片扩压器最好的安装位置取决于叶片出口流动状态,即尾迹区的位置。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 707-715. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1319-x
    中文摘要:针对某重型燃气轮机高压动叶复合冷却结构,采用全三维数值模拟的方法,研究了动叶片分别在静止和旋转状态下的内部冷却通道和外部流道的流动与换热特性。结果表明:在科式力、离心力及其衍生的浮升力的综合作用下,内部冷却通道中的冷气的湍流度升高,冷气的流动阻力和换热能力均比静止状态明显增大。旋转总体上增大了压力面与吸力面极限流线的斜率,这将对叶片表面的换热产生至关重要的影响。旋转使压力面前缘气膜孔流量沿叶高方向分布不均匀。对比静止和旋转状态下的结果,在静态试验的基础上认知动态试验结果具有非常重要的意义。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 729-741. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1320-z
    中文摘要:采用粒子成像测速仪(PIV)、平面激光诱导荧光(PLIF)和激光粒度分析仪(LPSA)等方法,研究了压力雾化喷嘴在不同压降及不同燃油温度下的流场和雾化特性,同时对空气雾化喷嘴的雾化特性进行研究,从而揭示初始雾化与流场的相互作用。结果表明,对于压力雾化喷嘴,雾化锥角随着压降的增加而增加,当压降高于0.5MPa时,锥角几乎不再变化,但是喷嘴下方中心区域的燃油浓度增加,这主要是由于穿透深度较小的小液滴数目增加引起的。燃油温度对雾化锥角的影响在低压降下作用比较明显,压降主要影响喷嘴出口附近的流场及燃油分布。对于空气雾化喷嘴,由于旋流空气的引入使得锥角明显高于压力雾化喷嘴,并且锥角随空气速度的增大而减小,随燃料速度的增大而增大。空气流速主要影响喷嘴出口附近的速度和液滴分布,而燃料流速主要影响它们在下游的分布。燃油在喷嘴下方呈环形分布,在轴向方向的分布变化不大。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 18-31. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1402-3
    中文导读:本文综述了叶尖小翼控制压气机叶顶间隙泄漏流动的研究进展。首先介绍了叶顶泄漏流动对压气机气动性能的影响。接着回顾了叶尖小翼技术的提出与发展。之后详细介绍了压气机叶尖小翼技术方面开展的一系列研究工作,分别讨论了叶尖小翼对低速及高亚声速压气机矩形叶栅、亚声速压气机转子、跨声速压机转子气动性能的影响及其作用机制,并论述了叶尖小翼结合叶顶凹槽设计对叶顶泄漏的控制效果。最后给出了压气机叶尖小翼技术未来的发展方向和研究前景。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 242-247. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1265-7
  • Journal of Thermal Science. 2020, 29(6): 1594-1605. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1236-z
    中文导读:叶轮参数改变对离心泵在水泵和透平两种工况下的运行都有不同程度的影响。为解决这一问题,首先采用CFD方法对两种工况下的低比转速离心泵的水力性能进行了计算分析,并通过实验对其水力性能进行了验证,基于单因素设计方法,对不同工况下叶轮几何参数对水力性能的影响进行了一系列的计算分析。研究了不同叶轮参数对扬程、轴功率和水力效率曲线的影响。结果表明,与透平相比,泵的扬程变化更为明显。出口角对泵和透平的扬程都有正向影响。在不同的叶轮几何参数下,透平轴功率的变化明显小于泵轴功率的变化。出口宽度在一定程度上改变了透平轴的功率。在不同的叶轮几何参数下,两种工况下的水力效率均有不同程度的变化。两种方式的水力效率均随出口角的增大而降低。同时,采用灵敏度分析方法对叶轮参数一定变化引起的水力效率响应量进行了评估。结果表明,只有选择合适的叶片数和出口宽度,才能提高水泵和透平的水力性能。最后,通过水力损失、表面摩擦损失和理论分析,探讨了不同叶轮参数引起水力性能变化的原因。滑移率、叶轮进口面积、叶轮出口面积和水力损失的变化都会引起两种工况下水力性能的变化。通过对叶轮几何形状的修改,可为水泵和透平的水力性能改善提供参考。
  • Journal of Thermal Science. 2020, 29(6): 1606-1616. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1252-z
    中文导读:核反应堆冷却水系统的压力和流量控制在一定范围内是由阀门和反应堆冷却泵(RCP)来执行的,然而,实际运行过程中,RCP内部伴随着较为剧烈的非定常流量。这些不稳定的压力脉动和径向力具有瞬态性,很难得到控制。本文针对上述问题采用商用计算流体力学(CFD)和模型实验相结合的方法对不同流量下泵内部全三维流动采用Rans方程进行求解,并对易出现的非稳定流动地方进行了优化。结果表明,数值预测与模型泵的实验数据吻合较好;对稳态和瞬态条件下的速度流线、压力脉动和径向力矢量进行了估计,发现双蜗壳内、外通道的流量不相等,这是出现非稳定流动的根源;此外,通过优化叶片间的交错角α,可以有效地减小脉动压力和径向力,通过比较分析发现,当α= 30°时为最优方案。
  • Journal of Thermal Science. 2020, 29(4): 1085-1093. https://doi.org/10.1007/s11630-019-1198-1
    An experimental campaign was carried out to investigate the characteristics of the transitional supersonic wake downstream of a single roughness element. Two Mach numbers were tested, 1.6 and 2.3, and two roughness heights, 0.1 mm and 1 mm. Unsteady and steady wall temperature measurements were taken along and across the roughness wake. The spatial trends of adiabatic wall temperature and heat flux, and the spectral time evolution of temperature were documented in this paper. The initial wall temperature was varied during the temperature measurements, and the resulting steady and unsteady effects on the roughness wake were investi- gated. The streamwise trends of heat-flux and adiabatic-wall temperature confirmed the transitional nature of the roughness wake. Spectral analysis showed that roughness height and initial wall temperature had the same type of effect on the wake wall-temperature fluctuations. The effect of roughness height was more sensible at Mach 2.3, and that of the initial wall temperature was more evident with the smallest roughness also tested at Mach 2.3.