CN104964594B - 一种带状插件与肋片配合强化传热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带状插件与肋片配合强化传热装置，包括蛇形通道、肋片和波形带状插件结构。蛇形通道带有180°U型转角，在蛇形通道的壁面上焊接有多个平行布置的肋片，在蛇形通道的内部还插有一个波形的带状插件。肋片能够提高壁面附近流体的湍流程度，强化壁面附近的传热；波形带状插件可以促使近壁区和主流区之间的掺混，进一步强化传热。其中肋片与波形带状插件之间存在相位差：采用180°相位差的方案，可以获得更均匀的努塞尔数分布和强度最大的传热；采用0°相位差的方案，可以获得最高的综合传热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种强化传热的技术、尤其涉及一种带状插件与肋片配合强化传热装置。
背景技术
燃气轮机被广泛的运用于电站、航空、航海和冶金等工业。与传统燃煤机组相比，蒸汽-燃气联合循环机组由于具有高效率、低排放等特点，已经越来越多地被应用于发电厂，而且被认为是未来能源可持续发展的方向之一；而对于航空工业，燃气轮机的设计和制造则是其最核心的技术，为了提高运载能力和推动效率，现代燃气轮机的入口温度和推重比不断提高。更先进的航空发动机及更高效的联合循环都要求更先进的透平叶片冷却技术，为此需要更先进的内部冷却技术，带状插件与肋片配合强化传热技术提供了部分解决方案。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种带状插件与肋片配合强化传热装置，其特征在于，包括一个由内表面、外表面和顶面围成的一个通道，通道底部放置了多个平行的肋片从而使通道构成一个一端开口的封闭空间；通道内垂直设有一个一端延伸至通道开口处，另一端向通道内部延伸从而将通道内部空间隔成U形双流程通道的隔板；所述通道内插入一个波形的带状插件，该带状插件中心线设有供隔板插入的槽；带状插件设置在通道上下端面之间。
在上述的一种带状插件与肋片配合强化传热装置，所述通道的截面为正方形，其边长为D，通道长度为L，L/D比值为12。
在上述的一种带状插件与肋片配合强化传热装置，所述肋片高度和通道宽度的比值e/D为0.125，肋片间距和肋高的比值P/e为10。
在上述的一种带状插件与肋片配合强化传热装置，所述带状插件的波形为正弦波。
在上述的一种带状插件与肋片配合强化传热装置，当波形带状插件与肋片相位差等于0°时，波形带状插件的波峰与肋片顶部对齐。
在上述的一种带状插件与肋片配合强化传热装置，当波形带状插件与肋片相位差等于180°时，波形插件的波谷与肋片顶部对齐。
因此，本发明具有如下优点：1.可以获得更均匀的努塞尔数分布和强度最大的传热；2.可以获得最高的综合传热效率。
附图说明
图1a是本发明的立体结构示意图。
图1b是本发明主视结构示意图。
图2是本发明具体实施方式中带状插件几何参数和配置示意图。
图3是本发明具体实施方式中带有波形带状插件内部流场示意图。
图4是本发明具体实施方式中没有波形带状插件内部流场示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本具体实施方式提供一种波形带状插件与肋片相配合强化传热技术，主要包括：蛇形通道、肋片和波形带状插件结构。
如图1a、1b所示，示意图给出了180°U型转角的双流程通道，两个流程被隔板6分开，整个通道由内表面7、外表面3和顶面4围成，通道截面为正方形，其边长为D，通道长度为L，L/D比值为12。肋片高度和通道宽度的比值(e/D)为0.125，肋片间距和肋片高度的比值(P/e)为10。两个流程被一个90°的隔板分开，每个流程中放置了多个平行的肋片1，在通道的内部插入了一个波形的带状插件2。
如图2所示，给出了波形带状插件的几何参数及其配置。当相位差等于0°时，波形带状插件的波峰与肋片顶部对齐；而当相位差等于180°时，波形插件的波谷与肋片顶部对齐。图中给出了四种不同相位差的方案。
图3和图4为不带波形带状插件和带有波形带状插件两种情况下内部的流场示意图，这两幅图对波形带状插件和肋片配合强化传热的机制进行了说明。截面Ⅰ放置在了两个肋片之间，截面Ⅱ放置在了其中一个肋片顶部。从图4截面Ⅰ的矢量图可以看出，主流的流体沿着侧面输送到近壁区，与此同时，从截面Ⅱ的矢量图看到，近壁区的流体被输送回主流区，并且在两个侧面附近形成了两个旋涡。图4显示了装有波形带状插件的带肋通道中二次流的流动模式。主流区的流体在肋片间输送到了近壁区，在肋片顶部近壁区的流体又被输送回了主流区，因此在通道中形成了周期性的流体输运。但是，如图3所示，在不带波形带状插件的通道中，在同样的入口条件下并没有发现二次流。带状插件可以在矩形通道中引发二次流，进而强化传热。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (1)
1.一种带状插件与肋片配合强化传热装置，其用于透平叶片的内部冷却，其特征在于，包括一个由内表面、外表面和顶面围成的通道，通道底部放置了多个平行的肋片从而使通道构成一个一端开口的封闭空间；通道内垂直设有一个一端延伸至通道开口处，另一端向通道内部延伸从而将通道内部空间隔成U形双流程通道的隔板；所述通道内插入一个波形的带状插件，带状插件设置在通道上下端面之间，所述带状插件的波形为正弦波；
两个流程被所述隔板分开，每个流程中放置了多个平行的肋片，所述通道的截面为正方形，边长为D，通道长度为L，肋片高度为e，肋片间距为P，通道长度和通道的边长的比值L/D为12，肋片高度和通道的边长的比值e/D为0.125，肋片间距和肋片高度的比值P/e为10；
当波形带状插件与肋片相位差等于0°时，波形带状插件的波峰与肋片顶部对齐；
当波形带状插件与肋片相位差等于180°时，波形插件的波谷与肋片顶部对齐；
定义一个截面Ⅰ放置在两个肋片之间，截面Ⅱ放置在其中一个肋片顶部，截面Ⅰ中主流的流体沿着侧面输送到近壁区，与此同时，截面Ⅱ中近壁区的流体被输送回主流区，并且在两个侧面附近形成了两个旋涡；
所述带状插件可以在通道中引发二次流，进而强化传热，主流区的流体在肋片间输送到了近壁区，在肋片顶部近壁区的流体又被输送回了主流区，因此在通道中形成了周期性的流体输运。
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Publications (2)
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