旋流进气逆向射流气膜冷却数值研究

发布时间：2020-11-11 01:24

　　 随着燃气轮机效率的提高,涡轮进口温度不断升高,气膜冷却作为一种先进的冷却技术,已经被广泛用于冷却燃气轮机热部件。研究表明,涡轮端壁气膜冷却由于受到叶栅通道中二次流动的影响,压力面角区存在冷却死区。为了改善端壁压力面角区的气膜冷却效果,本文提出了旋流进气逆向射流气膜冷却。本文在平板上数值研究了逆向射流气膜冷却特性,并与顺向射流作对比,分析其流场特性以及旋涡结构。详细讨论不同吹风比以及不同复合角逆向射流的冷却效果和气动损失。结果表明,相比顺向射流,逆向射流的气膜冷却效果得到改善,然而逆向射流的气动损失较大。针对逆向射流气动损失大的缺点,本文在冷气进口引入旋流。本文通过数值模拟的方法,对比研究了40°复合角顺向射流、40°复合角逆向射流以及40°复合角旋流进气逆向射流的气膜冷却效果和气动损失。结果表明,对于40°复合角圆孔,在整个冷却区域,相比逆向射流,旋流进气逆向射流的气膜冷却效率显著提高,气动损失明显降低。吹风比M=1.0时,气膜冷却效率提高约17%,总压损失系数降低约30%。对于40°复合角圆孔,相比顺向射流,在相同总压损失系数下,在整个冷却区域,旋流进气逆向射流的气膜冷却效率提高明显。总压力损失系数(ξ=2%和ξ=3%)时,冷却效率分别提高了20%和40%。为了改善涡轮端壁压力面角区的气膜冷却效果,本文进一步研究了40°复合角旋流进气逆向射流端壁气膜冷却特性。结果表明,40°复合角旋流进气逆向射流有效抑制了端壁二次流动,射流冷气向吸力侧偏移程度降低,冷却气体向压力侧移动,压力侧叶片根部气膜冷却效果明显改善。在上游冷却区域,压力侧叶片根部气膜冷却效率提高约100%;在下游冷却区域,压力侧叶片根部气膜冷却效率提高约35%。在气动损失方面,40°复合角旋流进气逆向射流有效降低了气动损失。相比顺向射流,在吹风比M=0.8时,总压损失系数降低最多约6.2%。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK471
【部分图文】：

第 1 章 绪 论的研究背景和意义动机技术是国家综合国力、工业基础和科技水平的集中体航空工业发展的源动力，为轻型燃气轮机、重型燃气轮机提。为了实现更高的热效率和更高的比功率输出，涡轮进口温口温度已经远远超过材料的耐热温度，这大大降低了涡轮机 1.1[1]为上世纪 50 年代以来涡轮进口温度随时间变化，因此对涡轮部件进行冷却。气膜冷却作为一种先进的冷却技术被部件。

图 1.2 气膜冷却示意图为了方便研究气膜冷却的机理，在研究过程中引入了几个重要风比：= 和 分别为主流密度和冷气密度； 和 分别为主流速度和个参数就是绝热气膜冷却效率 η，它是表征气膜冷却效果的一绝热气膜冷却效率 η：= 为主流温度， 为冷气温度， 为保护壁面附近的气膜温虑绝热壁面时，此时忽略通过壁面的传热。 就相当于当地绝，此时式 1-2 就可以写成：

图 1.3 流场旋涡结构外气膜冷却研究现状气膜冷却研究pulos 和 Rodi[7]对流场进行了详细测量，结果表明，横向形涡”的控制。Bunker[8]研究表明抑制肾形涡的机理主要，实现对射流与主流相互作用的流动控制(见图 1.4)。降动量，同时增强冷气展向贴壁流动动量，从而实现气膜冷
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本文编号：2878557