蒸汽冷却带肋矩形通道流动和换热特性数值研究

陈宇佳,杜长河,李亮

(西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安)



蒸汽冷却带肋矩形通道流动和换热特性数值研究

陈宇佳,杜长河,李亮

(西安交通大学叶轮机械研究所,710049,西安)

为了阐明蒸汽冷却带肋矩形通道的换热增强机理,基于三维RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值模拟了带肋矩形通道的流场和换热特性,研究了雷诺数、入口宽高比和肋间距对流动和换热特性的影响,进一步分析了努塞尔数与雷诺数、入口宽高比、肋间距之间的关系,由此得出带肋矩形通道的传热关联式。结果表明:肋片的存在破坏了较厚的换热边界层,增强了换热性能。雷诺数增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数小幅上升;宽高比增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数大幅上升;肋间距增大,平均努塞尔数增加,阻力系数先增后减,综合换热因子先减后增。所得传热关联式可为先进燃机蒸汽冷却叶片的设计提供参考。

带肋矩形通道;蒸汽冷却;流动换热;传热关联式;数值模拟

肋片扰流冷却是目前燃气透平中主要的冷却方式,在叶片内部的冷却通道中通过浇铸肋片可以强化换热。蒸汽冷却具有热容量大、传热系数高等优点,因此蒸汽冷却带肋矩形通道已成为当前燃气透平冷却领域的研究热点。

国内外学者对蒸汽冷却带肋矩形通道做了大量的研究工作。史晓军等在内冷通道实验台上研究了宽高比、雷诺数、肋片角度对蒸汽冷却传热和压降的影响,指出60°肋片传热最优[1-2]。……