凹陷涡发生器结构和尺寸对流动和传热影响的数值计算研究

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1、上海交通大学硕士学位论文凹陷涡发生器结构和尺寸对流动和传热影响的数值计算研究硕士研究生：冯岩学号：1120209212导师：饶宇教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年02月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterANumericalStudyOntheInfluenceOfDifferentStructureandParametersOfVortexGeneratorsOntheFlowAndHeatT

2、ransferCandidate：FengYanStudentID:1120209212Supervisor：Prof.RAOYuSpeciality：PowerandMechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：Feb,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《凹陷涡发生器结构和尺寸对流动和传热影响的数值计算研究》，是本人在导师的指导下，

3、独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。II摘要凹陷涡发生器结构和尺寸对流动和传热影响的数值计算研究摘要提高燃气轮机出功的一重要途径是提高燃气温度，而燃气温度的提高对叶片等受热材料的热性能有更好的要求，因此发展更有效的冷却结构已经成为燃气轮机研发技术的瓶颈之一。而凹陷结构的突出优点是在提高传热效果的同时又可以避免过大的压力损失，因此在将来燃气轮机内部冷却中具有很好的应用前景。本文的主要工作是通过数值计算

4、对凹陷内的流动和传热进行准确模拟并与实验相验证，根据计算结果对不同凹陷的流动和传热情况进行了深入分析比较。具体如下：利用稳态模型数值计算模拟研究了球形，椭球型，倾斜椭球型和泪滴型四种不同形状凹陷的流动和传热性能；比较了带肋球形凹陷和不带肋球形凹陷的传热和流动效果并研究了肋高度对流动和传热的影响；比较了前倒圆和全倒圆与对应球形凹陷的流动和传热区别；探究了凹陷深度对流动和传热的影响。研究结果表明：在雷诺数分别为8500，18700，36700，50500，60000下，四种不同形状凹陷中泪滴型凹陷的换热效果最好，虽然其摩擦阻力也最大，而且泪滴型凹陷的综合热性能也最好；1.0mm的带肋凹

5、陷换热比球形凹陷高出30%-40%，摩擦因子比球形凹陷高出80%左右；肋高对凹陷的流动和传热有一定影响，随着肋高的增加凹陷传热有所增强，但摩擦阻力也显著增大；前倒圆的换热情况比球形凹陷II上海交通大学硕士学位论文略高3%左右，传热分布比球形凹陷均匀且摩擦阻力明显更小。全倒圆换热比球略低2%左右，但摩擦阻力最小，综合热性能最好。深度对凹陷传热影响，随着深度增加球形凹陷换热越强，摩擦阻力损失越大，从综合热性能参数来看凹陷深度为2mm的球形凹陷综合热性能最好。关键词：燃机冷却、凹陷、数值计算、传热、流动IIIABSTRACTANumericalStudyOnTheInfluenceOfD

6、ifferentStructureAndParametersOfVortexGeneratorsOnTheFlowAndHeatTransferABSTRACTImprovingthetemperatureofgasisagoodwaytoimprovethepowerofgasturbine.Andthehighertemperatureofgasmeansmoresevererequirementforthematerial.Soitbecomesmoreandmoreimportanttodeviseadvancedcoolingtechnique.Themainadvant

7、ageofvortexgeneratoristhatitcanimproveheattransfergreatlywithouttoomuchpressureloss.Sothisstructurehasabrightprospectappliedingasturbine.Themainworkdoneinthispaperistoexploretheflowandheattransfercharacteristicsinspherical,eliptical,inc