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一种预测固体表面熔滴凝固的快速计算方法

飞机中的燃气涡轮发动机通过吸入空气,在燃烧室中将其加热到非常高的温度,最后以高速排气来提供所需的推力。在它们运行时,火山灰等小的无机颗粒会与空气一起被吸入。这些颗粒在燃烧室的高温区熔化并固化到发动机中的较冷区,例如涡轮叶片。随着时间的推移,这些液滴会凝固并积聚在燃气轮机的表面,使叶片变形并堵塞冷却孔,从而降低发动机的性能和寿命。

虽然沉积现象不可避免,但预测该过程可以帮助工程师开发和修改发动机设计。沉积过程的主要方面之一是确定熔滴如何在与较冷表面接触时凝固,而对该过程的准确模拟是理解该过程的基础。

在发表在《国际传热传质杂志》上的一项研究中,来自的一组科学家开发了一种模型,可以快速准确地模拟单个熔滴在平坦表面上的凝固。他们的模型不需要任何先验信息来设置,可用于开发可以预测喷气发动机沉积过程的模型。

研究任期由东京理科大学的福留浩二博士和山本诚教授、大阪大学的山本健博士和电子通信大学的Hiroya Mamori博士组成。

与之前假设表面处于恒定温度的模型不同,新方法通过考虑液滴行为以及较热的液滴与较冷的表面之间的热传递来模拟凝固过程。“我们一直在模拟液滴撞击,但我们不能忽视与实验的差异。在这项研究中,我们认为考虑到碰撞壁面的温度变化将与实验一致”,Fukudome 博士解释说。

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