涡轮叶身/端壁融合技术的气动传热机制研究
发布时间：2021-12-28 17:32
世界经济的迅速增长和当下的环保意识的不断提高,导致对燃气轮机的性能要求的不断提高。在这种背景下,对燃气轮机的热效率提出了更高的要求。控制涡轮端区热负荷的有效方法之一是通过优化端区几何造型来控制端区二次流动,从而达到控制端区热负荷的目的。在压气机中的应用中,叶身/端壁融合技术已经被证实能够有效的控制角区分离,减少相应的气动损失。现代燃机高压涡轮的具有气热负荷高、大子午扩端壁等特点,导致端壁附近的二次流动非常地强烈,这对于叶片的气动效率和端壁的冷却效果都有很大影响。本研究对叶身/端壁融合技术在高负荷涡轮气动设计中的适应性问题的进行了研究。通过对E3模型高压涡轮第一级导叶进行叶身/端壁两面角设计,验证了叶身/端壁融合技术在高负荷涡轮上的有效性,计算结果表明:通过使用叶身/端壁融合设计技术,相对于于原型设计,高压涡轮的总压损失系数下降了约0.7%,叶栅损失系数降低了约2.45%。本研究还对叶身/端壁融合技术在工程实际设计中的应用和效果进行了分析。使用前面叶身/端壁融合技术应用中所获得设计方法及修正经验,对某型船用燃气轮机高压涡轮第一级导叶进行叶身/端壁融合的优化设计。经过...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡轮静叶主要损失构成及比例
马蹄涡在圆柱端区附近的形成过程
而分析叶栅通道内的流动时，必须要考虑叶栅间的影响。而由于横向压力梯度的存在，涡的结构将明显的发生改变。受相邻叶片和端区存在的压力梯度的影响，将形成图1.3所示的涡系结构。从图中可以看出，受横向压力梯度的影响，马蹄涡的压力分支向相邻叶片的吸力面发生偏转。此外，横向压力梯度的存在使得在相邻叶片的吸力面和压力面之间产生了横向流。由于横向流动存在于叶栅通道中，马蹄涡的压力面分支在和横向流混合后不断的增强之后流入通道涡。这是在流动过程中形成的最大强度的涡。因此通道涡也会取代马蹄涡吸力面分支，也就是说，当马蹄涡吸力面分支沿着叶片流动时，它会向上移动远离端壁。而且，在它们的外缘，马蹄涡的压力面分支和吸力面分支会使部分来流的边界层发生偏移。这会在叶片上游形成鞍点区域。在马蹄涡压力面分支遇到相邻叶片的吸力面时，会形成角涡。为了揭示这些流动特征如何影响叶片端壁上流体的流动，Friedrichs[9]通过油流显示技术详细描述了端壁上的二次流。从图1.4中可以清楚地观察到马蹄涡吸力面分支和压力面分支的分离线
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of Non-Axisymmetric Endwall Contouring in a Compressor Cascade[J]. LIU Xiwu,JIN Donghai,GUI Xingmin. Journal of Thermal Science. 2017(06)
[2]叶身/端壁融合扩压叶栅气动性能实验与数值研究[J]. 伊卫林,李嘉宾,季路成. 工程热物理学报. 2017(08)
[3]叶身融合技术在涡轮中的应用[J]. 田勇,季路成,邵卫卫,肖云汉. 航空动力学报. 2015(12)
[4]叶身融合在径向扩压器中的应用初探[J]. 伊卫林,陈志民,马季,季路成. 工程热物理学报. 2015(06)
[5]燃气轮机透平叶片传热和冷却研究:端壁冷却[J]. 杨星,刘钊,丰镇平. 热力透平. 2014(02)
[6]离心压气机叶身/端壁融合技术应用初探[J]. 伊卫林,陈志民,季路成,田勇,李伟伟. 工程热物理学报. 2014(02)
[7]燃气轮机透平叶片传热和冷却研究:内部冷却[J]. 刘钊,杨星,丰镇平. 热力透平. 2013(04)
[8]叶身/端壁融合技术工况的适用性[J]. 田勇,季路成,李伟伟,伊卫林,肖云汉. 航空动力学报. 2013(08)
[9]叶身/端壁融合技术研究[J]. 季路成,田勇,李伟伟,伊卫林. 航空发动机. 2012(06)
[10]不同翼刀位置控制涡轮叶栅二次流的数值研究[J]. 李军,苏明. 中国电机工程学报. 2008(08)
博士论文
[1]基于混合曲面造型的CAD模型修复、特征简化与网络生成算法[D]. 曹秉万.浙江大学 2015
[2]气膜冷却各向异性湍流场中流动传热的相互作用机理研究[D]. 李雪英.清华大学 2013
[3]燃气轮机透平气膜冷却机理的实验与理论研究[D]. 李佳.清华大学 2011
[4]航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究[D]. 董平.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]平面叶栅叶片吸力面抽气仿真系统的设计与实现[D]. 杨帆.电子科技大学 2010
[2]三角网格曲面上四边形分割的形状优化研究[D]. 刘克进.大连理工大学 2008
[3]透平级叶栅流动性能分析[D]. 林奇燕.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3554451
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡轮静叶主要损失构成及比例
马蹄涡在圆柱端区附近的形成过程
而分析叶栅通道内的流动时，必须要考虑叶栅间的影响。而由于横向压力梯度的存在，涡的结构将明显的发生改变。受相邻叶片和端区存在的压力梯度的影响，将形成图1.3所示的涡系结构。从图中可以看出，受横向压力梯度的影响，马蹄涡的压力分支向相邻叶片的吸力面发生偏转。此外，横向压力梯度的存在使得在相邻叶片的吸力面和压力面之间产生了横向流。由于横向流动存在于叶栅通道中，马蹄涡的压力面分支在和横向流混合后不断的增强之后流入通道涡。这是在流动过程中形成的最大强度的涡。因此通道涡也会取代马蹄涡吸力面分支，也就是说，当马蹄涡吸力面分支沿着叶片流动时，它会向上移动远离端壁。而且，在它们的外缘，马蹄涡的压力面分支和吸力面分支会使部分来流的边界层发生偏移。这会在叶片上游形成鞍点区域。在马蹄涡压力面分支遇到相邻叶片的吸力面时，会形成角涡。为了揭示这些流动特征如何影响叶片端壁上流体的流动，Friedrichs[9]通过油流显示技术详细描述了端壁上的二次流。从图1.4中可以清楚地观察到马蹄涡吸力面分支和压力面分支的分离线
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of Non-Axisymmetric Endwall Contouring in a Compressor Cascade[J]. LIU Xiwu,JIN Donghai,GUI Xingmin. Journal of Thermal Science. 2017(06)
[2]叶身/端壁融合扩压叶栅气动性能实验与数值研究[J]. 伊卫林,李嘉宾,季路成. 工程热物理学报. 2017(08)
[3]叶身融合技术在涡轮中的应用[J]. 田勇,季路成,邵卫卫,肖云汉. 航空动力学报. 2015(12)
[4]叶身融合在径向扩压器中的应用初探[J]. 伊卫林,陈志民,马季,季路成. 工程热物理学报. 2015(06)
[5]燃气轮机透平叶片传热和冷却研究:端壁冷却[J]. 杨星,刘钊,丰镇平. 热力透平. 2014(02)
[6]离心压气机叶身/端壁融合技术应用初探[J]. 伊卫林,陈志民,季路成,田勇,李伟伟. 工程热物理学报. 2014(02)
[7]燃气轮机透平叶片传热和冷却研究:内部冷却[J]. 刘钊,杨星,丰镇平. 热力透平. 2013(04)
[8]叶身/端壁融合技术工况的适用性[J]. 田勇,季路成,李伟伟,伊卫林,肖云汉. 航空动力学报. 2013(08)
[9]叶身/端壁融合技术研究[J]. 季路成,田勇,李伟伟,伊卫林. 航空发动机. 2012(06)
[10]不同翼刀位置控制涡轮叶栅二次流的数值研究[J]. 李军,苏明. 中国电机工程学报. 2008(08)
博士论文
[1]基于混合曲面造型的CAD模型修复、特征简化与网络生成算法[D]. 曹秉万.浙江大学 2015
[2]气膜冷却各向异性湍流场中流动传热的相互作用机理研究[D]. 李雪英.清华大学 2013
[3]燃气轮机透平气膜冷却机理的实验与理论研究[D]. 李佳.清华大学 2011
[4]航空发动机气冷涡轮叶片的气热耦合数值模拟研究[D]. 董平.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]平面叶栅叶片吸力面抽气仿真系统的设计与实现[D]. 杨帆.电子科技大学 2010
[2]三角网格曲面上四边形分割的形状优化研究[D]. 刘克进.大连理工大学 2008
[3]透平级叶栅流动性能分析[D]. 林奇燕.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3554451
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