基于管网法的内部及气膜冷却叶片的传热分析
发布时间：2020-12-11 03:53
燃气轮机作为一款高性能、先进功能转换机械,其使用领域广泛(覆盖军用动力和民用功能领域)、战略意义重大。提升燃机性能势必意味着其涡轮入口温度与相应位置叶片热负荷的不断增加。在此前提下,涡轮叶片冷却结构设计成为了燃机研发工作的重要内容。管道网络法是一种一维数值模拟方法,能通过将冷却流路进行降维简化并求解得到全网的流动、传热信息,因此在带冷却叶片的传热分析中应用广泛。内部带肋流道以及气膜冷却均为高度成熟的叶片冷却技术,其在叶片冷却结构选型、设计流程中的重要性不言而喻。本文开发了一套以管网计算原理为基础的叶片内部冷却分析程序;并以Mark II叶片为对象进行了计算,分析结果取得了比同类型算法更接近三维模拟的结果;然后,利用scheme脚本构建了一维管网程序和三维分析软件FLUENT的耦合算法,并在同条件下计算得到了与三维模拟相近的计算结果;最后,利用验证后的耦合算法分别对设计改型后的Mark Ⅱ叶片带肋流道方案以及带气膜孔方案进行了传热分析。分析发现同耗气量条件下,肋结构方案与带气膜孔方案分别使其影响范围内的叶片表面温度下降40K和30K,冷却效果明显。
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外相关内容研究进展
1.2.1 管道网络法的应用及求解方法发展
1.2.2 叶片共轭传热问题的降维模拟方法
1.3 本文研究内容
2 管道网络法计算程序算法介绍
2.1 引言
2.2 管道网络模型的构建
2.2.1 流体网络模型的离散
2.2.2 节点与节点间节段间特征信息录入以及相互关系
2.2.3 边界条件的确定
2.3 控制方程及求解方法
2.3.1 连续性方程
2.3.2 动量方程
2.3.3 能量方程
2.3.4 计算程序对各控制方程的求解方法
2.4 物性参数计算
2.5 各冷却结构的流阻、换热系数计算
2.5.1 光滑流道的流阻系数和传热系数计算关联式介绍
2.5.2 带肋流道的流阻系数和传热系数计算关联式介绍
2.5.3 气膜冷却的有效区域内流阻系数和传热系数计算关联式介绍
2.6 管道网络计算程序总体计算流程
2.7 本章小结
3 以Mark Ⅱ叶片为对象的管道网络法验证
3.1 Mark Ⅱ叶片及其实验条件介绍
3.1.1 Mark Ⅱ叶片及叶栅通流区域介绍
3.1.2 Mark Ⅱ叶片选用实验工况介绍
3.2 内部冷却流体模拟结果比较
3.3 耦合算法计算结果对比分析
3.3.1 耦合算法原理介绍
3.3.2 FLUENT全三维模拟计算验证
3.3.3 耦合计算结果验证
3.4 本章小结
4 管道网络算法在Mark Ⅱ叶片改型方案传热性能分析中的应用
4.1 Mark Ⅱ叶片带肋流道方案的冷却性能分析
4.1.1 肋结构通道对叶片内冷工质传热性能影响分析
4.1.2 带肋流道对叶片整体温度分布的影响
4.2 Mark Ⅱ叶片气膜改型方案的传热性能分析
4.2.1 耦合算法中对气膜冷却的处理方法
4.2.2 管网算法中对气膜孔出流的流量修正
4.2.3 气膜冷却对叶片表面温度分布的影响分析
4.3 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]非稳态流体网络方法在发动机空气冷却系统中的应用[J]. 侯升平,陶智,韩树军,丁水汀,徐国强,吴宏伟. 航空动力学报. 2009(03)
[2]流体网络法在发动机空气冷却系统设计中的应用[J]. 陶智,侯升平,韩树军,丁水汀,徐国强,吴宏伟. 航空动力学报. 2009(01)
[3]气膜孔出口覆盖多孔介质层对冷却效果的影响[J]. 刘元清,姜培学,王扬平. 航空动力学报. 2008(03)
[4]大型燃气涡轮叶片冷却技术[J]. 张效伟,朱惠人. 热能动力工程. 2008(01)
[5]航空发动机空气系统特性的数值模拟[J]. 陆海鹰,杨燕生,王鸣. 航空发动机. 1997(01)
硕士论文
[1]管道网络法在涡轮叶片传热设计中的应用研究[D]. 刘维.哈尔滨工业大学 2014
[2]采用管道网络法的燃气涡轮冷却结构气热耦合数值研究[D]. 刘明林.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2909862
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外相关内容研究进展
1.2.1 管道网络法的应用及求解方法发展
1.2.2 叶片共轭传热问题的降维模拟方法
1.3 本文研究内容
2 管道网络法计算程序算法介绍
2.1 引言
2.2 管道网络模型的构建
2.2.1 流体网络模型的离散
2.2.2 节点与节点间节段间特征信息录入以及相互关系
2.2.3 边界条件的确定
2.3 控制方程及求解方法
2.3.1 连续性方程
2.3.2 动量方程
2.3.3 能量方程
2.3.4 计算程序对各控制方程的求解方法
2.4 物性参数计算
2.5 各冷却结构的流阻、换热系数计算
2.5.1 光滑流道的流阻系数和传热系数计算关联式介绍
2.5.2 带肋流道的流阻系数和传热系数计算关联式介绍
2.5.3 气膜冷却的有效区域内流阻系数和传热系数计算关联式介绍
2.6 管道网络计算程序总体计算流程
2.7 本章小结
3 以Mark Ⅱ叶片为对象的管道网络法验证
3.1 Mark Ⅱ叶片及其实验条件介绍
3.1.1 Mark Ⅱ叶片及叶栅通流区域介绍
3.1.2 Mark Ⅱ叶片选用实验工况介绍
3.2 内部冷却流体模拟结果比较
3.3 耦合算法计算结果对比分析
3.3.1 耦合算法原理介绍
3.3.2 FLUENT全三维模拟计算验证
3.3.3 耦合计算结果验证
3.4 本章小结
4 管道网络算法在Mark Ⅱ叶片改型方案传热性能分析中的应用
4.1 Mark Ⅱ叶片带肋流道方案的冷却性能分析
4.1.1 肋结构通道对叶片内冷工质传热性能影响分析
4.1.2 带肋流道对叶片整体温度分布的影响
4.2 Mark Ⅱ叶片气膜改型方案的传热性能分析
4.2.1 耦合算法中对气膜冷却的处理方法
4.2.2 管网算法中对气膜孔出流的流量修正
4.2.3 气膜冷却对叶片表面温度分布的影响分析
4.3 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]非稳态流体网络方法在发动机空气冷却系统中的应用[J]. 侯升平,陶智,韩树军,丁水汀,徐国强,吴宏伟. 航空动力学报. 2009(03)
[2]流体网络法在发动机空气冷却系统设计中的应用[J]. 陶智,侯升平,韩树军,丁水汀,徐国强,吴宏伟. 航空动力学报. 2009(01)
[3]气膜孔出口覆盖多孔介质层对冷却效果的影响[J]. 刘元清,姜培学,王扬平. 航空动力学报. 2008(03)
[4]大型燃气涡轮叶片冷却技术[J]. 张效伟,朱惠人. 热能动力工程. 2008(01)
[5]航空发动机空气系统特性的数值模拟[J]. 陆海鹰,杨燕生,王鸣. 航空发动机. 1997(01)
硕士论文
[1]管道网络法在涡轮叶片传热设计中的应用研究[D]. 刘维.哈尔滨工业大学 2014
[2]采用管道网络法的燃气涡轮冷却结构气热耦合数值研究[D]. 刘明林.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2909862
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/2909862.html
