某重型燃气轮机燃烧室冲击冷却特性研究
发布时间：2021-03-26 19:23
冲击冷却具有较高换热系数,在燃气轮机燃烧室得到重要应用。通过流固耦合传热（Coupled Heat Transfer,CHT）计算方法研究了冲击冷却孔排列方式、冲击高度与冷却孔径之比Zn/D和初始横流对某重型燃机燃烧室火焰筒冲击冷却特性的影响。得到如下结论:三者对冲击换热效率均有显著影响,其中Zn/D=3.7时,直列阵列相邻列之间的横流更规则,冷却效果优于错排阵列;当Zn/D在2.0～6.0范围内时,随着Zn/D的增大,冷却效率呈现先增大后减小的趋势,存在一个最佳换热范围2.7≤Zn/D≤4.6,此时射流冷却与对流冷却匹配合理,冷却效率较高;初始横流对冲击冷却性能有很大削弱作用,应在设计时尽量避免。
【文章来源】：汽轮机技术. 2020,62(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
计算几何模型
图2为Zn/D=3.7时错排阵列和直排阵列的壁温和火焰筒外表面流线分布图。对比图2(a)与图2(b)可以看出,两者壁面上游对应冲击孔处均存在冷却效果很好的近似规则圆形的低温区,沿空气流动方向逐渐变淡并偏离冲击孔对应位置。这主要是由于上游空气冲击壁面后形成累积横流,以及射流产生的涡旋弱化了射流深度的结果。错排阵列下游壁温明显升高,且低温区偏移量也较直排阵列增大很多。这与图2(d)显示结果一致,直排阵列中相邻列之间的横流因受主流方向引导而规则集中在两列冲击孔之间,对相邻列射流产生的影响小,减弱了横流对射流的影响,提高了整体换热效果;相反,图2(c)中错排阵列的流线则比较复杂,交叉排列使得横流在两列孔之间流动时,受到单侧射流的挤压而向相反向发生偏移,进而影响反向侧射流。图3为沿X方向每排冷却孔对应的空间平均冷却效率曲线。无论哪种排列方式,冷却效率均表现出从前到后依次下降的规律,错排阵列因受累积横流影响较大,因此下降幅值也较大。其中,前两排由于前壁面处涡流影响,效率略高于第三排属正常现象,不影响换热规律分析,后面不再赘述。
图3为沿X方向每排冷却孔对应的空间平均冷却效率曲线。无论哪种排列方式,冷却效率均表现出从前到后依次下降的规律,错排阵列因受累积横流影响较大,因此下降幅值也较大。其中,前两排由于前壁面处涡流影响,效率略高于第三排属正常现象,不影响换热规律分析,后面不再赘述。同冷却效率η一样,努赛尔数Nu是表征换热性能优劣的无量纲数,二者在数值上差别很大,但在度量换热性能优劣时意义是一样的。图4为CFD计算中错排阵列的冷却效率与直排阵列冷却效率的比值ηs/ηl和文献[7]中错排阵列的努赛尔数与直排阵列努赛尔数的比值Nus/Nul的对比关系,可以看出,CFD计算值变化趋势与文献[7]中实验值吻合很好,直排阵列的冷却效果大于错排阵列,故两个比值均小于1,因累计横流影响且沿程逐渐减小,同时也证实了本文采用的计算方法和评价标准选取的合理性与准确性。因此,在Zn/D=3.7,其它条件相同时,直排阵列因受横流影响小,在壁面上不会形成明显的局部高温区,相比错排阵列更有利于冲击换热,性能更优。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双径向反向旋流器燃烧室冷态流场数值研究[J]. 凤云仙,冯珍珍,田晓晶,杨安建,宋超. 东方汽轮机. 2017(04)
[2]冲击冷却结构流动传热特性研究[J]. 任敏,陆训丰,李雪英,李威宏,任静,蒋洪德. 工程热物理学报. 2017(07)
本文编号：3102119
【文章来源】：汽轮机技术. 2020,62(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
计算几何模型
图2为Zn/D=3.7时错排阵列和直排阵列的壁温和火焰筒外表面流线分布图。对比图2(a)与图2(b)可以看出,两者壁面上游对应冲击孔处均存在冷却效果很好的近似规则圆形的低温区,沿空气流动方向逐渐变淡并偏离冲击孔对应位置。这主要是由于上游空气冲击壁面后形成累积横流,以及射流产生的涡旋弱化了射流深度的结果。错排阵列下游壁温明显升高,且低温区偏移量也较直排阵列增大很多。这与图2(d)显示结果一致,直排阵列中相邻列之间的横流因受主流方向引导而规则集中在两列冲击孔之间,对相邻列射流产生的影响小,减弱了横流对射流的影响,提高了整体换热效果;相反,图2(c)中错排阵列的流线则比较复杂,交叉排列使得横流在两列孔之间流动时,受到单侧射流的挤压而向相反向发生偏移,进而影响反向侧射流。图3为沿X方向每排冷却孔对应的空间平均冷却效率曲线。无论哪种排列方式,冷却效率均表现出从前到后依次下降的规律,错排阵列因受累积横流影响较大,因此下降幅值也较大。其中,前两排由于前壁面处涡流影响,效率略高于第三排属正常现象,不影响换热规律分析,后面不再赘述。
图3为沿X方向每排冷却孔对应的空间平均冷却效率曲线。无论哪种排列方式,冷却效率均表现出从前到后依次下降的规律,错排阵列因受累积横流影响较大,因此下降幅值也较大。其中,前两排由于前壁面处涡流影响,效率略高于第三排属正常现象,不影响换热规律分析,后面不再赘述。同冷却效率η一样,努赛尔数Nu是表征换热性能优劣的无量纲数,二者在数值上差别很大,但在度量换热性能优劣时意义是一样的。图4为CFD计算中错排阵列的冷却效率与直排阵列冷却效率的比值ηs/ηl和文献[7]中错排阵列的努赛尔数与直排阵列努赛尔数的比值Nus/Nul的对比关系,可以看出,CFD计算值变化趋势与文献[7]中实验值吻合很好,直排阵列的冷却效果大于错排阵列,故两个比值均小于1,因累计横流影响且沿程逐渐减小,同时也证实了本文采用的计算方法和评价标准选取的合理性与准确性。因此,在Zn/D=3.7,其它条件相同时,直排阵列因受横流影响小,在壁面上不会形成明显的局部高温区,相比错排阵列更有利于冲击换热,性能更优。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双径向反向旋流器燃烧室冷态流场数值研究[J]. 凤云仙,冯珍珍,田晓晶,杨安建,宋超. 东方汽轮机. 2017(04)
[2]冲击冷却结构流动传热特性研究[J]. 任敏,陆训丰,李雪英,李威宏,任静,蒋洪德. 工程热物理学报. 2017(07)
本文编号：3102119
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3102119.html
