燃气轮机高温部件热辐射特性分析

发布时间：2017-12-02 11:14

  本文关键词：燃气轮机高温部件热辐射特性分析

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【摘要】：燃气轮机在国防事业及工业发展中起着至关重要的作用,为满足更高性能指标的需求,其内部燃气温度越来越高,燃机的安全性及稳定性面临严峻的考验。高温使得辐射换热成为壁面热量不可忽略的来源之一,研究并掌握辐射场内温度及辐射热流等参数的分布情况对改善燃机热环境有着重要意义。本文以某燃气轮机环形燃烧室及一级涡轮为对象,利用Fluent及自编程软件,对燃烧室及涡轮区辐射热环境进行了耦合计算分析,主要研究内容如下:1.带有气膜冷却结构的燃烧室辐射热环境预测与分析:采用Fluent软件,计算分析了不同工况对燃烧室内辐射场的温度分布及辐射热流空间分布的影响。并得出结论:进气压力降低时,壁面温度的最大增幅为255K,辐射投射热流密度的最大增幅为29 W/cm2;油气比增加0.01时,温度的最大增幅为245K,辐射投射热流密度的最大增幅为135 W/cm2。考虑辐射时,壁面温度较无辐射模型时升高较多,壁面温度增幅最大可达到219K。2.涡轮区辐射热环境预测与分析研究:对Fluent计算结果分析,并得出以下结论:整体而言,燃烧室进气压力的降低使得涡轮区壁面温度及辐射投射热流升高,但在小部分区域内变化较为复杂。叶片及机匣表面最高温度分别为2048K与2008K,最大辐射投射热流密度分别为310W/cm2与283W/cm2;油气比增加0.01,叶片与机匣的最大温升分别为344K与364K,辐射投射热流密度最大增幅分别为252 W/cm2与236 W/cm2。考虑辐射时,涡轮区的温度增幅最大可达到174K。3.基于K分布法的燃烧室和涡轮区辐射传输有限体积法研究:考虑非灰燃气的光谱选择性及计算效率,将谱带划分为150-1000cm-1与1000-9300cm-1,以Fluent结果中的温度、压力及组分为初场,利用K分布法计算其吸收系数,并结合非结构有限体积法进行了复杂形体内热辐射环境算法的研究。通过与DO模型计算结果对比得出以下结论:火焰筒内二者的辐射投射热流数值有所不同,最大差值为55 W/cm2,但高热流及低热流区的位置及面积大致相同,而在涡轮区前者的数值高于后者,二者辐射投射热流的空间分布趋势大体一致。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK473

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本文编号：1244712