高压涡轮叶顶间隙气动及传热研究

发布时间：2023-11-20 20:49

　　燃气轮机在航空、航海、电力、石油等能源应用领域起着关键作用,涡轮作为高速旋转核心部件之一,其性能直接影响到燃气轮机的整体性能。高压涡轮动叶与静止机匣之间间隙的存在,不仅导致涡轮气动性能下降,且使得叶顶全部处于高温燃气中,容易造成叶顶区域烧蚀及磨损。对动叶叶顶进行有效防护能减少泄漏损失,降低叶顶表面温度,提高动叶使用寿命。本文从凹槽间隙二维模型开始,分析间隙内部的流动换热情况,并展开平面叶栅间隙实验研究,从气动方面探讨间隙泄漏流动控制方法,采用数值模拟对三维动叶的流动及传热进行详细的研究。本文首先构建凹槽间隙二维模型,研究凹槽间隙尺寸、凹槽高度、宽度、间隙进出口压比对间隙内部的流动情况、损失、泄漏流量进行分析;分析凹槽上壁面运动对内部流动的影响;在上壁面运动条件下在凹槽内部展开气膜冷却,研究吹风比、冷气孔相对位置及冷气孔角度对壁面Nu数的影响。结果表明间隙尺寸越小、凹槽宽度和高度越大、压比越大,间隙内部损失越大,相应的泄漏流量越小;壁面运动使得凹槽间隙内部损失增大,泄漏流量降低;冷气孔相对位置位于泄漏流冲击凹槽底面位置上游时,气膜冷却能够有效降低壁面Nu数。对肋条叶顶及叶顶喷气对平面叶栅...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究与发展现状
        1.2.1 涡轮叶顶间隙流动认识
        1.2.2 涡轮叶顶间隙流动及传热控制
    1.3 课题主要研究内容
    1.4 本章小结
第2章 研究方法与验证
    2.1 叶顶二维凹槽模型构建及数值验证
        2.1.1 凹槽模型构建
        2.1.2 数值验证
    2.2 平面叶栅实验及分析方法
        2.2.1 非对向测量探针校正
        2.2.2 实验方案数值方法验证
    2.3 边界条件与物性
    2.4 本章小结
第3章 叶顶间隙模型分析
    3.1 引言
    3.2 凹槽间隙模型流动分析
        3.2.1 凹槽间隙二维流线
        3.2.2 凹槽间隙损失分布
        3.2.3 凹槽间隙总参数分析
    3.3 壁面运动对间隙流动影响
        3.3.1 二维流线
        3.3.2 损失分布
        3.3.3 总参数分析
    3.4 凹槽间隙气膜冷却
        3.4.1 吹风比对间隙传热影响
        3.4.2 冷气孔位置对间隙传热影响
        3.4.3 冷气孔方向对间隙传热影响
    3.5 本章小结
第4章 涡轮叶栅叶顶间隙实验研究
    4.1 引言
    4.2 实验装置介绍及数据处理
        4.2.1 实验装置介绍
        4.2.2 数据处理
    4.3 肋条叶顶实验研究
        4.3.1 实验方案
        4.3.2 实验结果分析
        4.3.3 间隙泄漏流动分析
    4.4 叶顶喷气实验研究
        4.4.1 实验方案
        4.4.2 实验结果分析
        4.4.3 间隙泄漏流动分析
    4.5 本章小结
第5章 动叶叶顶间隙泄漏流动研究
    5.1 引言
    5.2 泄漏流动被动控制研究
        5.2.1 肋条高度
        5.2.2 凹槽起始位置
        5.2.3 凹槽尾缘结构
    5.3 泄漏流动主动控制研究
        5.3.1 平面叶顶气膜冷却
        5.3.2 凹槽叶顶气膜冷却
    5.4 叶顶传热分析
        5.4.1 计算模型
        5.4.2 计算结果分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3865813