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《南京航空航天大学》 2007年
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竹节形扰流柱对换热效果的影响

黄国联  
【摘要】: 涡轮叶片尾缘主要采用多排扰流柱结构以强化换热,在加强了叶片冷却效果的同时也带来了很大的流动损失,本文首次提出了一种具有良好流线外形的新型扰流柱—竹节形扰流柱,并对装有竹节形扰流柱群的通道进行了试验研究和数值模拟。 用试验和数值模拟两种方法比较了最小横截面相同的圆柱形、圆柱竹节形和椭圆竹节形扰流柱群的换热和压力损失特性。结果表明:圆柱竹节形扰流柱的平均努塞尔特数比圆柱形扰流柱的高4%左右;椭圆竹节形扰流柱的平均努塞尔特数比圆柱形扰流柱的低10%左右。当雷诺数Re﹤15000时圆柱竹节形扰流柱的压力损失小于圆柱形扰流柱的压力损失1.28%~4.07%,当雷诺数Re15000时圆柱竹节形扰流柱的压力损失小于圆柱形扰流柱的压力损失0.39%~6.59%。而椭圆竹节形扰流柱平均压力损失系数比圆柱形扰流柱的压力损失低48.22%~55.78%。结果表明:椭圆竹节形扰流柱在保持了相当的强化换热能力的同时大大降低了压力损失,是一种高效低阻的新型扰流柱。 扰流柱的排列间距对流动和换热也有很大的影响,不论是横向间距S还是纵向间距L,随着间距的变小,扰流柱排列的压力损失都有着不同程度的加强,但改变横向间距S引起的扰流柱排列的换热能力要比改变流向间距L更为显著。扰流柱节数的变化也对流动和换热也有很大的影响。由数值计算结果得知,一节椭圆竹节形扰流柱的综合换热性能优与二节和三节的椭圆竹节形扰流柱。带扰流柱的流体通道的涡对流动和换热产生很大的影响。圆柱形扰流柱的马蹄涡,通道涡扰流尾涡最大,园柱竹节形次之,椭圆竹节形的最小。
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