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旋转盘腔流动特性试验技术方法与传热数值计算模型

汇报人：

2024-01-17

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目录

引言

旋转盘腔流动特性试验技术方法

传热数值计算模型

旋转盘腔流动与传热耦合分析

旋转盘腔优化设计与应用前景

结论与展望

01

引言

旋转盘腔广泛存在于航空发动机、燃气轮机等旋转机械中，其流动与传热特性对设备性能和安全至关重要。

旋转盘腔流动涉及复杂的湍流、传热和旋转效应等，对其深入研究有助于揭示旋转流动的基本规律，推动流体力学和传热学的发展。

科学研究意义

工程应用背景

国内研究现状

01

国内在旋转盘腔流动与传热领域的研究起步较晚，但近年来发展迅速，取得了一系列重要成果，如揭示了旋转效应对流动和传热的影响机制等。

国外研究现状

02

国外在旋转盘腔流动与传热领域的研究历史悠久，成果丰硕，不仅在理论分析、数值模拟和实验研究等方面取得了重要突破，还成功应用于航空航天、能源动力等领域。

发展趋势

03

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，未来旋转盘腔流动与传热研究将更加注重多学科交叉融合、高精度数值模拟和智能化优化设计等方向的发展。

本研究旨在通过实验和数值模拟手段，深入研究旋转盘腔内的流动与传热特性，揭示其内在的物理机制和规律，为旋转机械的优化设计和安全运行提供理论支撑。

研究内容

采用先进的实验测试技术，如粒子图像测速仪（PIV）、红外热像仪等，对旋转盘腔内的流动和传热过程进行可视化测量和定量分析；同时，基于计算流体动力学（CFD）方法，建立高精度的数值计算模型，对实验结果进行验证和补充。通过综合实验和数值模拟结果，深入剖析旋转盘腔内的流动与传热机理。

研究方法

02

旋转盘腔流动特性试验技术方法

包括旋转盘腔试验台、驱动系统、测量系统、数据采集与处理系统等。

试验装置

采用高精度压力传感器、温度传感器、速度传感器等，对旋转盘腔内的流动参数进行准确测量。

测量系统

通过数据采集系统实时采集试验数据，并进行处理和分析，得到旋转盘腔内的流动特性参数。

数据采集与处理

试验准备

确定试验方案、安装试验装置、调试测量系统等。

试验过程

启动驱动系统使旋转盘腔达到预定转速，同时开启测量系统记录数据。

数据处理

对试验数据进行整理、筛选和统计分析，提取旋转盘腔内的流动特性信息。

根据试验数据，分析旋转盘腔内的流动状态、速度分布、压力分布等特性。

流动特性分析

传热性能评估

结果讨论

结合传热数值计算模型，对旋转盘腔的传热性能进行评估和预测。

将试验结果与理论预测或数值模拟结果进行比较，探讨旋转盘腔流动特性的影响因素和机理。

03

02

01

03

传热数值计算模型

控制方程

基于质量、动量和能量守恒定律，建立描述旋转盘腔流动和传热过程的控制方程。

根据旋转盘腔的几何形状和流动特性，进行合理的网格划分，以保证计算精度和效率。

网格划分

设置合适的边界条件，如入口速度、温度、压力等，以及壁面条件（如绝热、等温等）。

边界条件

进行网格无关性验证，以确保网格划分对计算结果的影响在可接受范围内。

网格无关性验证

通过分析计算结果，揭示旋转盘腔内流动的基本特性和规律，如速度分布、压力分布等。

流动特性分析

研究旋转盘腔内的传热过程，分析温度分布、热流量等传热特性的变化规律。

传热特性分析

将计算结果与实验结果或其他数值计算结果进行对比分析，验证数值计算模型的准确性和可靠性，并探讨可能存在的误差来源和改进措施。

结果讨论

04

旋转盘腔流动与传热耦合分析

1

2

3

层流状态下，传热效率较低；湍流状态下，传热效率较高。

流动状态影响传热效率

流动速度越快，传热系数越大，传热效率越高。

流动速度影响传热系数

流动路径越长，温度分布越均匀；流动路径越短，温度梯度越大。

流动路径影响温度分布

温度梯度越大，流动越不稳定，容易产生涡旋和分离现象。

温度梯度影响流动稳定性

温度升高导致流体膨胀，流动速度加快。

热膨胀效应影响流动速度

热传导使得热量在流体内部传递，改变流动路径和速度分布。

热传导效应影响流动路径

03

流动与传热的协同作用

优化流动状态可提高传热效率，改善传热条件可增强流动稳定性。

01

流动与传热相互依存

流动为传热提供动力，传热改变流动状态。

02

流动与传热相互影响

流动状态影响传热效率，传热特性影响流动稳定性。

05

旋转盘腔优化设计与应用前景

流动性能评估指标

包括流量、流速、流动阻力等参数，用于评价旋转盘腔内的流动特性。

传热性能评估指标

包括传热系数、热流量、温度分布等参数，用于评价旋转盘腔的传热性能。

综合性能评估指标

综合考虑流动性能和传热性能，建立综合性能评估指标，如流动传热综合性能指数等。

03

02

01

旋转盘腔在航空航天器的热管理系统中具有广泛应用前景，如发动机冷却、电子设备散热等。

航空航天领域