燃气轮机抗涡气膜孔冷却效率的数值分析与实验研究

发布时间：2024-12-01 02:43

　　燃气轮机燃烧室出口温度的不断提升给燃气轮机热端部件的耐温性能提出了更高的要求,气膜冷却技术是实现高效冷却的重要手段。本文搭建了平板气膜冷却实验台及测试系统,使用了红外热像仪测量气膜冷却效率。为掌握气膜冷却机理,研究了多种孔形在不同气动参数条件下的冷却特性。首先,稳态数值模拟对比了豆形孔、猫耳孔及C形孔下游的流场结构及换热特性,揭示其冷却机理并分析了流量系数随吹风比变化的分布规律:猫耳孔在冷却效果方面占优;豆形孔的流量系数明显高于猫耳孔,然而在中高吹风比条件下,由于发生了射流的抬离现象因此其冷却效率较低;吹风比分别为2.0和3.0时,C形孔的冷却效率分别比豆形孔高约267.8%和239.7%;C形孔同样具有较高的流量系数,气膜分布稳定,在更加苛刻的吹风比条件下考虑实际工作情况,牺牲部分冷却效率采用稳定性和经济性更好的C形孔是相对理想的选择。其次,利用搭建的平板气膜冷却实验台进行基础实验,探究吹风比和主流湍流度对猫耳孔和C形孔气膜冷却效率的影响。结果指出,猫耳孔和C形孔都表现出在同一主流湍流度条件下随着吹风比升高气膜冷却效率提高的趋势,最高气膜冷却效率均出现在吹风比为2.0、湍流度为1%的条...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1横流-射流中的4种涡系结构

沈阳航空航天大学硕士学位论文马蹄涡的两个分支分别从射流的两侧绕过伸向下游。但它的强度远比射流涡对小。（3）绕过射流的横向主流在其下游形成尾迹区rman-Benard涡街联系在一起；另一种概念是把它描述成非定常流体前后缘压强差的存在加剧了主流对射流的压迫、剪切作用，最曲并形成剪切....

图2.1不同湍流模型展向平均气膜冷却效率与实验数据对比图

图2.1不同湍流模型展向平均气膜冷却效率与实验数据对比图示，Realizablek-模型的计算精度相对较高，误差相对较小，在终选择Realizablek-模型作为数值模拟研究使用的湍流模型。小结数值模拟的基础理论进行了研究与介绍，主要包括数值模拟中网算流体力学中基....

图3.1豆形孔、猫耳孔及C形孔的结构模型示意图

而猫耳孔偏向于气膜孔下游侧。通过对以往文献的了解我们较于传统的圆形孔具有更强的横向扩散能力；猫耳孔通过形成反肾形涡对，提高了热端壁面的冷却效果。在此基础上，本章将使用数值模拟手和猫耳孔孔内及孔下游的流场情况；同时，将提出一种新形气膜孔，并孔作为研究C形孔的对比孔形，探究其流场....

图3.2计算域示意图

图3.2计算域示意图主流入口和冷却气流均为速度入口，其中主流速度为20m/s，温度为330K，冷却气流速度为300K，速度根据吹风比算出，其中为了方便对比，对吹风比的定义进行改动，选择气膜孔入口的平均流速及气流密度定义吹风比。采用Realizablek-模型....

本文编号：4013424