近日，课题组在涡轮转子传热领域相关工作以“Environmental-structural-structural heat transfer characteristics analysis of an assembled power turbine rotor system”为题目发表于期刊《International Journal of Heat and Mass Transfer》。课题组周瑾教授为本文的通讯作者，赵亚正博士为本文的第一作者，郭铭杰硕士、徐园平副教授分别为本文的第三、四作者，南京航空航天大学为第一单位。 

目前，高温高速组合连接动力涡轮转子系统传热特性的研究主要集中在环境与转子结构之间的对流传热，往往忽视结构与结构之间的热传导。然而，在实际工况中，影响环境-结构之间对流传热的运行参数与影响结构之间热传导的界面参数对温度具有协同作用，忽略结构-结构热传导可能会导致转子局部过热。此外，影响传热特性的参数阈值尚未得到充分讨论。 

因此，本研究考虑运行和装配界面参数对动力涡轮转子环境-结构-结构传热特性的耦合影响，讨论影响热性能的参数阈值及其与温度的定量化关系。首先，基于有限元法和分形理论建立涡轮转子的环境-结构-结构传热模型，该模型考虑了与工况相关的操作参数以及与装配状态相关的界面参数的影响。进而，详细分析转速、旋转雷诺数、紧固扭矩、界面接触面积、螺栓数量和表面形貌等关键因素对环境-结构-结构传热特性的影响规律。 

研究发现，运行参数与温度呈指数关系，其阈值由流体特性、边界层厚度和离心力共同决定。拧紧扭矩通过改变接触热导来影响传热特性，具有明显的临界阈值，低于该阈值传热性能会下降，从而导致热量无法有效的传递到涡轮转子的冷却区域。这项工作对组合连接动力涡轮转子系统的有效热管理和设计参数优化至关重要。

图1 动力涡轮转子

(a) 转速                      (b) 旋转雷诺数 

图2 不同运行参数下的温度分布

(a) 0-18000rpm                        (b) 30000-42000rpm 

图3 涡轮转子不同测点的试验数据

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931024014662

1-s2.0-S0017931024014662-main.pdf