大连理工大学本科团队“挑战”航发热力难题

近日，由大连理工大学机械工程学院“因材施热”学生团队带来的多介质高速射流分区可控快速冷却技术项目，亮相第十七届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛决赛赛场，该技术有望解决航空发动机涡轮盘高性能制造中的热力难题。航空发动机被誉为“现代工业皇冠上的明珠”，高温合金涡轮盘是发动机质量最大的核心转动部件，需在高温高压高负载的极端工况下工作，是航空发动机中性能要求最高、制造难度最大的单体零件之一。为发挥材料潜力，涡轮盘成形后需进行热力处理以提高抗拉强度和抗高温蠕变能力。然而，我国主机厂目前主要使用的油淬工艺无法对涡轮盘不同区域进行梯度冷却和组织调控，欧美的超级气冷技术虽能构建梯度温度场，但冷速低且涡轮盘达不到服役寿命标准。2022年，“因材施热”团队组建，在机械工程学院指导教授郑凯伦、赵磊、白倩的带领下，针对高温涡轮盘的冷却难题开展了持续3年的技术攻关。团队最初思路是结合欧美的气冷方式，在空气中加水以水雾降温。后因一次实验失误插错水管，团队发现当达到特定水气混合比时，气体射流可吹破气膜，同时实现液滴均匀高速接触物体表面并气化。利用这种方式，可提高冷却速率，并通过控制不同区域的喷嘴数量和流速来达到分区控温的需要。在小型涡轮盘的冷却实验中，团队的冷却速度已超过欧美超级气冷技术。在研发过程中，因单次试验成本过高，且世界技术前沿的热力耦合模型不能满足新一代航发涡轮盘的技术需求，团队成员利用课余时间查阅数十篇相关文献，建立了第一个析出相颗粒粗化方程，并在郑凯伦教授的指导下解决了大量参数变化带来的问题。这项成果能够实现更宽温域的组织性能预测，比现有模型的预测温度提高整整一倍。值得一提的是，“因材施热”团队的8位成员均为大连理工大学机械工程学院的本科学生。