强压力梯度下跨临界碳氢燃料旋转冷却流动换热机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51876048
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    59.0万
  • 负责人：
    黄洪雁
  • 依托单位：
    哈尔滨工业大学
  • 学科分类：
    E0603.传热传质学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

MW power generation technology is the core and key technology to develop endurance, reusable aerospace vehicle with hypersonic speed (Ma>5). Air turbine power generation technology with the advantages of high power density has been widely used on aircraft with low Mach number. However, the stagnation temperature of incoming air continuously increases with the increase of Mach number, which makes it necessary to take cooling measures for air turbine used in high Mach number working conditions. However, the temperature of air is too high to be used as coolant. In order to solve this problem, a scheme of rotating cooling with hydrocarbon fuel used as coolant is put forward to solve the technology bottleneck of turbine’s cooling. In the program, a numerical model and a special platform will be established to investigate the flow and heat transfer mechanism of hydrocarbon fuel rotating cooling with the coupling effect of transcritical process and additional force of rotation, to explore the influencing factors and their influencing mechanism, to develop a method of flow control and heat transfer enhancement for hydrocarbon fuel rotating cooling, and finally to reveal the particularity of hydrocarbon fuel rotating cooling and master the flow control method and heat transfer enhancement approach. Prospectively, this project can be the technic support of fuel cooling turbine.
兆瓦级电力生成技术是发展长航时、可重复使用高速空天飞行器(Ma>5)的核心关键技术。空气涡轮发电技术以功率密度高等优点普遍用于低马赫数飞行器。飞行器的飞行马赫数提升过程中，来流空气总温随之升高，因此，空气涡轮需要采取冷却措施，而这时总温过高的空气无法作为冷却剂。为了解决这一问题，申请人提出以机载碳氢燃料作为叶片冷却剂的旋转冷却方案，来解决发电用空气涡轮冷却的技术瓶颈。本项目拟通过建立碳氢燃料旋转冷却数值模型和实验平台，研究跨临界过程与旋转附加力耦合作用下的碳氢燃料的流动传热过程，探索大跨度压力分布下旋转冷却的影响因素及机理，在此基础上发展碳氢燃料旋转冷却的流动控制和传热强化方法。以期揭示碳氢燃料旋转冷却流动及换热机理的特殊性，掌握对这一特殊过程的控制和优化方法。本项目的研究结果将对空气涡轮的碳氢燃料冷却技术提供技术支撑。

结项摘要

兆瓦级电力生成技术是发展长航时、可重复使用高速空天飞行器(Ma>5)的核心关键技术。空气涡轮发电技术以功率密度高等优点普遍用于低马赫数飞行器。飞行器的飞行马赫数提升过程中，来流空气总温随之升高，因此，空气涡轮需要采取冷却措施，而这时总温过高的空气无法作为冷却剂。为了解决这一问题，申请人提出以机载碳氢燃料作为叶片冷却剂的旋转冷却方案，来解决发电用空气涡轮冷却的技术瓶颈。.本项目建立了碳氢燃料旋转冷却数值模型，研究跨临界过程与旋转附加力耦合作用下的碳氢燃料的流动传热过程。建立了燃料冷却空气涡轮的物理模型，验证了SST kw湍流模型应用于碳氢燃料旋转冷却的适用性。对于燃料冷却的空气涡轮，5g/s的流量即可实现单叶片190K以上的温降，吸热热流密度高达1.74MW/m2。验证了燃料冷却涡轮的良好冷却能力。同时，动叶气膜冷却的研究表明：旋转附加力的作用下的流动和换热规律与静止条件有着显著的差异。加之碳氢燃料物性与空气有巨大的差异，且温度的变化更容易导致各物性的变化，使碳氢燃料在旋转通道内的流动换热更为复杂。进一步研究发现：冷却通道内的流动特征主要由旋转数决定；针肋能够改善流道避免的传热分布，提高传热系数；在高速转动的加热通道内，离心力主导了管内压力，形成巨大的压力跨度，加之加热引起流体的温度升高，从而导致碳氢燃料物性的变化。而密度的变化导致离心通道的离心力高于向心通道，表现出减小进出口压差的作用。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Numerical Simulation of Flow and Heat Transfer in a Square Rotating U-Duct Using Hydrocarbon Fuel
使用碳氢燃料的方形旋转 U 型管道中流动和传热的数值模拟
  • DOI：
    10.1115/1.4042299
  • 发表时间：
    2019-01
  • 期刊：
    Journal of Heat Transfer-Transactions of the ASME
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Sun Hongchuang;Qin Jiang;Huang Hongyan;Yan Peigang
  • 通讯作者：
    Yan Peigang

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其他文献

粗糙接触面旋转铰间隙碰撞动力学建模与仿真
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    振动与冲击
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    郭嘉楠;何鹏;刘占生;黄洪雁
  • 通讯作者：
    黄洪雁
行星滚柱丝杠副刚度特性分析及试验验证
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    哈尔滨工程大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    郭嘉楠;何鹏;黄洪雁;刘占生;黄玉平;丁伟涛
  • 通讯作者：
    丁伟涛
Low Power Cusped Field Thruster Developed for the Space-Borne Gravitational Wave Detection Mission in China
为中国空间引力波探测任务开发的低功率尖点场推进器
  • DOI：
    10.3390/app11146549
  • 发表时间：
    2021-07
  • 期刊：
    Applied Sciences
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘辉;曾明;牛翔;黄洪雁;于达仁
  • 通讯作者：
    于达仁
低速压气机中静叶Clocking效应的
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    工程热物理学报，Vol.26，No.6，2005，927-930
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨海涛;黄洪雁;冯国泰;苏杰
  • 通讯作者：
    苏杰
Study of channel length effect on low power HEMP Thruster
低功率HEMP推进器通道长度效应研究
  • DOI：
    10.1016/j.vacuum.2019.02.035
  • 发表时间：
    2019-05
  • 期刊：
    Vacuum
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    刘辉;曾明;于达仁;黄洪雁
  • 通讯作者：
    黄洪雁

其他文献

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黄洪雁的其他基金

考虑相变的高效冷却涡轮流动及传热机理研究
  • 批准号：
    50576017
  • 批准年份：
    2005
  • 资助金额：
    27.0 万元
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    面上项目
变几何扩压叶栅流场优化及其气动失稳机理研究
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    50106002
  • 批准年份：
    2001
  • 资助金额：
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  • 项目类别：
    青年科学基金项目

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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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