涡轮动叶内部交叉肋结构的流动换热特性研究

发布时间：2020-12-05 00:24

　　燃气轮机功率和效率的日益增长促使涡轮进口温度不断提高。涡轮冷却技术的发展对提高燃气轮机的热效率和功率输出起着至关重要的作用。涡轮动叶工作环境恶劣,面临着强离心力、高热应力和强气动弯扭应力,叶片冷却效果和强度是主要关心的问题。本文针对以上问题,展开涡轮动叶内部冷却交叉肋结构的设计和优化以及流动换热特性研究。本文首先将叶片分为三个主要区域:动叶前缘、动叶中部和动叶尾缘,并从实际叶片模化得到交叉肋几何参数,利用这些参数来确定不同区域的模化交叉肋的几何参数。利用CFX对不同肋角度、不同肋宽、不同肋间距的模化交叉肋进行数值模拟,研究其流动和换热特性。最后利用1stOpt软件对不同区域的交叉肋结构的平均努塞尔数和流阻系数分别拟合关于几何参数和流动参数的经验公式,并将预估值和实际值作比较,发现误差非常小。采用模化交叉肋的设计指导实际涡轮动叶交叉肋结构设计,提取相关区域的模化交叉肋几何参数应用于实际涡轮动叶交叉肋结构设计上,将动叶内冷通道设计为3组不同参数的纯交叉肋结构。利用CFX对纯交叉肋动叶模型进行气热耦合计算,结果发现纯交叉肋动叶结构前缘及叶顶存在局部超温区域。因此本文对纯交叉肋动叶前缘和叶顶区... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同厂商生产的航空发动机和燃气轮机

哈尔滨工程大学硕士学位论文冷却方案必须要考虑叶片所在区域相应的热负荷以及结构冷却设计非常关键，此区域横截面积和厚度小，以减轻重又必须保证强度以及较强的换热效果。出了涡轮叶片材料和冷却技术的发展情况。从上世纪到现的涡轮叶片无冷却结构，燃气初温一般都在 1100℃以下，耐高温材料的使用，特别是近年单晶高温合金的使用，使到现在可达 1600℃以上。表 1.1 是当今世界上主要航空发况，可以看到主流的飞机上基本上全都采用高温单晶合金使高温单晶合金耐温性能良好，但是随之而来的问题是燃用温度增长速度更快，所以从材料上解决不了主要问题，研究。

第 1 章 绪论气机中抽出的冷空气。外部冷却采取阻隔高温燃气直接对涡轮叶片传热的方式实现，目前气膜冷却是最常用的外部冷却方法；发散冷却也属于外部冷却，它是一种通过多孔材料微通道对流和外部气膜冷却的强化组合方式，具有更高的冷却效率，但由于多孔材料氧化后易堵塞且制造工艺复杂，因此不常用。内部冷却是指冷却工质流过涡轮叶片内部冷却通道，通道中的强化对流换热作用吸收从涡轮叶片外侧的压力面和吸力面上传导到内部冷却表面的热量，冷却方式主要包括扰动对流冷却和射流冲击冷却。图 1.3 为主要厂商的涡轮动叶内部冷却通道结构图，图中可以看出，这些动叶内部冷却基本上都采用蛇形通道配合扰流肋片的复合冷却方式。


本文编号：2898519