微小结构化肋诱发涡流增强凹陷涡对流冷却机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51676119
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0602.内流流体力学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

A fundamental study will be conducted on micro-structured ribs induced vortex flow improving convective cooling performance of dimple-generated vortex under stationary and rotating conditions with the aim of developing high efficient internal cooling technology of gas turbine high-temperature components. In this research, micro-structured ribs will be used to induce vortex flow interacting with the dimples, so as to improve the flow structure inside the dimples and increase the heat transfer on the dimpled surface, and a high-efficiency cooling technology will be developed based on the effective flow control by the micro-structured rib-dimple hybrid structure. In the experimental study, a transient liquid crystal technique will be used for detailed heat transfer measurements in order to obtain high-resolution surface temperature and local heat transfer distribution, and thereby convective heat transfer characteristics will be examined intensively on the surface with micro rib-dimple compound structures, and the models for heat transfer and flow friction of the cooling structures can be quantitatively determined which reflects the effects of the rotation, flow and geometrical parameters. On the other hand, Particle Image Velocimetry (PIV) and oil film flow visualization techniques will be used to capture the detailed characteristics of turbulent boundary layer flow over the micro rib-dimple structures, and parallelly a high-resolution numerical computations on the turbulent flow using detached eddy simulation (DES) will also be conducted, which can systematically and quantitatively clarify the vortex flow production and development due to the interactions between the flow and the complex structures, and clarify the mechanisms in the flow control and the heat transfer enhancement over the novel micro structured rib-dimple hybrid cooling structures. This research will produce valuable theoretical basis for developing future innovative cooling technologies for gas turbine engines.
本项目以燃气轮机/航空发动机高温部件内部高效冷却为研究背景,开展静态和旋转条件下微小结构化肋诱发涡流增强凹陷涡对流冷却机理研究。本项目拟通过微小结构化肋诱发涡流并与凹陷涡相互作用,从而改善凹陷涡内部流场并显著提高凹陷表面传热性能,发展基于微小结构化肋-凹陷涡复合结构流动控制的高性能冷却技术。拟采用瞬态液晶热像技术进行传热测量,获得高分辨率壁面温度以及局部传热分布,揭示微小肋-凹陷涡复合结构表面对流传热特征,建立旋转效应、流动及结构参数对传热及流阻影响规律的模型。本研究还将应用粒子图像速度仪(PIV)和油膜流动显示技术获得该复合冷却结构近壁面湍流流场特征,并结合分离涡模拟(DES)方法进行高精度的数值计算,透彻地揭示流体与复杂结构相互作用下涡流的发生及发展特征,阐明静态和旋转条件下微小结构化肋-凹陷涡复合结构表面流动控制与强化传热的机理性规律,为发展先进燃气轮机高温部件冷却技术奠定理论基础。

结项摘要

提高涡轮前燃气温度和压比是提高燃气轮机/航空发动机热力性能的主要途径,这给高温涡轮叶片冷却带来了重大挑战。针对常规的涡轮叶片内部扰流肋冷却接近极限的现状,必须开展先进复合内部冷却技术研究。本项目以燃气轮机/航空发动机高温涡轮叶片内部高效冷却为研究背景,开展静态和旋转条件下微小结构化肋诱发涡流增强凹陷涡对流冷却机理研究。本项目的创新思想在于通过表面微小结构化肋诱发涡流并与凹陷涡相互作用,从而改善凹陷涡内部流场并显著提高凹陷表面传热性能,发展基于微小结构化肋-凹陷涡复合结构流动控制的高性能冷却技术。本项目采用了实验与数值模拟相结合的研究方法对表面微小结构化肋、凹陷涡以及微肋-凹陷复合结构流动与传热特性进行了详细的研究,揭示和分析了相关的涡流及强化传热机理。在静态流动传热实验研究中,采用了瞬态液晶热像技术进行了全复杂表面高精度的传热测量,获得高分辨率壁面温度以及局部传热分布,揭示微小肋-凹陷涡复合结构表面对流传热特征。本研究还应用了粒子图像速度仪(PIV)和油膜流动显示技术获得该复合冷却结构关键位置近壁面湍流流场特征,并结合分离涡模拟(DES)方法进行了高精度的数值计算,获得表面微小肋和凹陷涡非稳态流动传热规律,透彻地揭示了静态条件下流体与表面微肋-凹陷复杂结构相互作用下涡流的发生及发展特征。另外在本项目研究中,还利用课题组已建立的高参数旋转传热试验装置,开展了旋转条件下微小肋-凹陷涡复合结构冷却通道湍流传热与流阻实验研究,首次获得了静态和旋转条件下雷诺数范围为1万-10万的整套传热实验数据,建立了旋转效应和流动雷诺数相关的实验关联式;并通过数值模拟分析了旋转条件下的涡流及传热特征。因此,本项目丰富的基础研究获得了静态和旋转条件下微小结构化肋-凹陷涡复合结构表面流动控制与强化传热的机理性规律,为发展先进燃气轮机/航空发动机涡轮叶片内部复合对流冷却以及燃烧室双层壁对流冷却设计技术奠定了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(22)
专利数量(5)
Experiments and Stress-Blended Eddy Simulations of turbulent flow over edge-rounded dimples
边缘圆形凹坑上湍流的实验和应力混合涡流模拟
  • DOI:
    10.1016/j.ijthermalsci.2020.106380
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    International Journal of Thermal Sciences
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Xie Yin;Rao Yu;Li Wencan;Qin Jiang
  • 通讯作者:
    Qin Jiang
Heat transfer and pressure loss of turbulent flow in channels with miniature structured ribs on one wall
一壁微型结构肋通道内湍流传热与压力损失
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.11.067
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yanlin Li;Yu Rao;Deqiang Wang;Xiangyu Wu
  • 通讯作者:
    Xiangyu Wu
Heat Transfer and Turbulent Flow Structure in Channels With Miniature V-Shaped Rib-Dimple Hybrid Structures on One Wall
一壁微型V型肋-凹坑混合结构通道内的传热与湍流结构
  • DOI:
    10.1115/1.4043675
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    ASME Journal of Heat Transfer
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Peng Zhang;Yu Rao;Yanlin Li
  • 通讯作者:
    Yanlin Li
涡轮叶片内部具有扰流肋和导流片的多通道冷却流动与传热特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭仲秋;李彦霖;饶宇
  • 通讯作者:
    饶宇
Numerical simulations of a double-wall cooling with internal jet impingement and external hexagonal arrangement of film cooling holes
内部射流冲击和外部六边形气膜冷却孔布置的双壁冷却的数值模拟
  • DOI:
    10.1016/j.ijthermalsci.2020.106337
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    International Journal of Thermal Sciences
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Liu Yuyang;Rao Yu;Yang Li
  • 通讯作者:
    Yang Li

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其他文献

应用瞬态液晶热像实验研究球形/椭球凹陷涡发生器局部传热性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈鹏
相变材料微胶囊悬浮液在矩形小通道内流动特性的实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    《中国科学》
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    饶宇;Frank Dammel;Peter Stephan;林贵平
  • 通讯作者:
    林贵平
基于生成对抗网络的涡轮端壁气膜冷却建模方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    戴维;杨力;饶宇
  • 通讯作者:
    饶宇
预应力厚层橡胶支座隔震性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    建筑结构学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹立华;饶宇;黄凯;郭润;许志旭
  • 通讯作者:
    许志旭
具有凹陷涡发生器的网格冷却结构内流动与传热特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    航空动力学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张翔;饶宇
  • 通讯作者:
    饶宇

其他文献

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饶宇的其他基金

静态和旋转条件下壁面射流在渐缩冷却通道内诱发涡流流动及其传热机理
  • 批准号:
    11972230
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    64 万元
  • 项目类别:
    面上项目
新型凹陷涡发生器冷却结构内流动与传热的实验和数值计算研究
  • 批准号:
    51176111
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
短小针肋-凹槽/凹陷复合强化传热结构中流动和传热机理的研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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