涡轮叶片蒸汽/空气冷却特性的实验研究及数值模拟
发布时间：2021-03-27 15:37
随着涡轮进口温度的不断提升,对于涡轮叶片冷却技术也提出了更高的要求。然而传统的空气冷却技术需要从燃气轮机的压气机中抽取高压空气用于其热端部件的冷却。随着燃气轮机技术的不断发展,需要的冷却空气会进一步增加,这极大降低了压气机的效率也同时限制了燃气轮机功率的提升。在此背景下,蒸汽冷却技术应运而生,并日益得到重视。本文针对若干种涡轮叶片中常用的冷却结构（包括平行肋、V形肋、倒V形肋扰流冷却结构）分别开展了蒸汽和空气冷却的传热实验研究,并对研究对象建立了三维数值模型,利用数值结果对比了两种冷却介质冷却下的流动特征及压力损失特性。在所有换热结构下蒸汽和空气冷却具有相近的努赛尔数分布特征,但蒸汽冷却的传热性能明显高于空气冷却。在相同雷诺数下,平行肋扰流结构中蒸汽冷却平均努赛尔数比空气冷却高约13%-24%;在V形肋和倒V形肋扰流结构中,蒸汽冷却比空气冷却平均努赛尔数高19%-28%;在消耗相同质量流量时,蒸汽冷却的优势进一步提升。蒸汽和空气两种冷却介质在同一冷却通道中的流动特征较为相近,造成强化换热的流动机理也基本一致。在相近雷诺数工况下,两种冷却介质的压力损失系数较为相近,而在消耗相同质量流量冷...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
燃气轮机循环比功率随涡轮进口温度的变化
学博士学位论文 第能；第三，研究新型的冷却介质来代替空气对燃气轮机高温部1-2 详细展示了随着年代的发展，耐高温叶片材料的发展以及冷涡轮进口温度的提升所做的贡献。由图可见，金属材料耐温性进口温度的提高所做出的贡献有限，它的发展速度远远达不到展要求。在过去几十年中，金属材料以平均每年 8 C 的速度提发展却可以使涡轮进口温度每年提高 20 C。因此涡轮进口温度冷却技术的贡献。随着年代的发展，冷却技术也朝着复杂化和
图 1-3 高性能肋片结构[21-23]Fig.1-4 High cooling performance rib structure1-23]提出了多种高性能冷却肋片结构，包括交叉肋肋，如图 1-3 所示。研究结果表明，V 形肋可以其传热能力相对于倾斜肋片进一步得到增强，但。V 形间断肋相对于 V 形肋来说，其传热能力有加相对较少，间断肋具有较为明显的传热优势。4]对十二种不同结构的肋化通道进行了传热及压力间断 V 肋通道和三角肋化通道的传热性能最优，其压力损失相对较大，其换热均匀性也明显较差较小，也表现出较好的通道综合传热特性。B. Sunden[25]对平行肋、V 形肋和倒 V 形肋进行了，平行肋化通道传热系数最低，其压力损失在三 V 形肋通道表面传热系数分布特征规律相反，但肋通道，总体来说倒 V 肋通道综合传热性能较差
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有柱肋阵列与分离式柱肋阵列的冷却通道内流阻与传热实验研究[J]. 饶宇,李麟. 上海交通大学学报. 2014(06)
[2]狭缝宽度对分离式柱肋冷却通道内传热与流动影响的数值计算[J]. 李麟,饶宇,万超一. 上海交通大学学报. 2014(06)
[3]2009-2013年新生产的28型燃气轮机[J]. 吉桂明. 热能动力工程. 2014(03)
[4]Flow and Heat Transfer Characteristics in Rotating Two-pass Channels Cooled by Superheated Steam[J]. WANG Wei,GAO Jianmin,XU Liang*,SHI Xiaojun State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(04)
[5]热障涂层对涡轮叶片冷却效果影响的数值研究[J]. 王利平,张靖周,姚玉. 化工学报. 2012(S1)
[6]敷设热障涂层气冷叶片温度分布数值研究[J]. 王利平,张靖周,姚玉. 航空动力学报. 2012(02)
[7]涡轮叶片尾缘梯形通道异形扰流柱流动换热特性实验[J]. 谭晓茗,胡训尧,张靖周. 航空动力学报. 2012(02)
[8]气膜孔形状对涡轮叶片气膜冷却影响的研究进展[J]. 李广超,柏树生,吴冬,张魏. 热能动力工程. 2010(06)
[9]带交错肋结构涡轮叶片复合通道的实验[J]. 邓宏武,谭艳,王佳仁,孙纪宁. 航空动力学报. 2010(09)
[10]燃气轮机涡轮导向叶片涡流交错肋冷却技术研究[J]. 李俊山. 航空发动机. 2010(04)
本文编号：3103758
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
燃气轮机循环比功率随涡轮进口温度的变化
学博士学位论文 第能；第三，研究新型的冷却介质来代替空气对燃气轮机高温部1-2 详细展示了随着年代的发展，耐高温叶片材料的发展以及冷涡轮进口温度的提升所做的贡献。由图可见，金属材料耐温性进口温度的提高所做出的贡献有限，它的发展速度远远达不到展要求。在过去几十年中，金属材料以平均每年 8 C 的速度提发展却可以使涡轮进口温度每年提高 20 C。因此涡轮进口温度冷却技术的贡献。随着年代的发展，冷却技术也朝着复杂化和
图 1-3 高性能肋片结构[21-23]Fig.1-4 High cooling performance rib structure1-23]提出了多种高性能冷却肋片结构，包括交叉肋肋，如图 1-3 所示。研究结果表明，V 形肋可以其传热能力相对于倾斜肋片进一步得到增强，但。V 形间断肋相对于 V 形肋来说，其传热能力有加相对较少，间断肋具有较为明显的传热优势。4]对十二种不同结构的肋化通道进行了传热及压力间断 V 肋通道和三角肋化通道的传热性能最优，其压力损失相对较大，其换热均匀性也明显较差较小，也表现出较好的通道综合传热特性。B. Sunden[25]对平行肋、V 形肋和倒 V 形肋进行了，平行肋化通道传热系数最低，其压力损失在三 V 形肋通道表面传热系数分布特征规律相反，但肋通道，总体来说倒 V 肋通道综合传热性能较差
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有柱肋阵列与分离式柱肋阵列的冷却通道内流阻与传热实验研究[J]. 饶宇,李麟. 上海交通大学学报. 2014(06)
[2]狭缝宽度对分离式柱肋冷却通道内传热与流动影响的数值计算[J]. 李麟,饶宇,万超一. 上海交通大学学报. 2014(06)
[3]2009-2013年新生产的28型燃气轮机[J]. 吉桂明. 热能动力工程. 2014(03)
[4]Flow and Heat Transfer Characteristics in Rotating Two-pass Channels Cooled by Superheated Steam[J]. WANG Wei,GAO Jianmin,XU Liang*,SHI Xiaojun State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(04)
[5]热障涂层对涡轮叶片冷却效果影响的数值研究[J]. 王利平,张靖周,姚玉. 化工学报. 2012(S1)
[6]敷设热障涂层气冷叶片温度分布数值研究[J]. 王利平,张靖周,姚玉. 航空动力学报. 2012(02)
[7]涡轮叶片尾缘梯形通道异形扰流柱流动换热特性实验[J]. 谭晓茗,胡训尧,张靖周. 航空动力学报. 2012(02)
[8]气膜孔形状对涡轮叶片气膜冷却影响的研究进展[J]. 李广超,柏树生,吴冬,张魏. 热能动力工程. 2010(06)
[9]带交错肋结构涡轮叶片复合通道的实验[J]. 邓宏武,谭艳,王佳仁,孙纪宁. 航空动力学报. 2010(09)
[10]燃气轮机涡轮导向叶片涡流交错肋冷却技术研究[J]. 李俊山. 航空发动机. 2010(04)
本文编号：3103758
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