燃气轮机叶片气膜冷却数值模拟

发布时间：2017-07-05 13:03

  本文关键词：燃气轮机叶片气膜冷却数值模拟

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【摘要】：提高燃气轮机效率关键在于提高燃气透平的进口初温，进口温度的提高很大程度上依赖于燃气轮机叶片的耐高温材料。而目前的耐高温材料尚不能满足高温燃气的要求，透平叶片的冷却技术就成为燃气透平的关键。叶片采用的冷却方式很多，其中气膜冷却是非常重要的一种冷却方式。本文采用数值模拟的方法对气膜冷却进行了分析研究。通过平板单孔气膜冷却的计算分析，研究了叶片前缘的气膜冷却。本文分析比较了多种参数对气膜冷却效果的影响。 通过对平板单孔气膜冷却的数值模拟，直观地了解到冷气流在气膜孔内以及表面的流动情况。对比了不同吹风比（冷却射流与主流的质量流量之比）下冷气对表面的覆盖情况，结果显示吹风比过大，冷气会脱离表面，反而使得冷却效果变差。而在其它条件相同时，，减小孔径虽然能节省流量，但是冷却效果并不理想。 对叶片前缘气膜冷却，研究了不同吹风比、密度比、自由流湍流度、射流角度以及冷却结构的影响。吹风比过低会导致主流进入头部射流孔内，过高会出现射流脱离叶片的现象；高密度的射流比低密度的射流更容易保持在表面处，因此，气膜冷却在高密度时比在低密度时更有效，冷却效率随密度比增加而增大；高湍流度的情况比低湍流度的情况气膜有效度低，湍流度对低吹风比时的影响比对高吹风比时的影响大，对叶片压力面的影响比对吸力面的影响大；改变射流角度使其与叶高成一定角度能改善头部大部分区域的冷却效果，但会使得底部区域的冷却效果变得很差；在叶片吸力面压力面增加气膜孔排能提高前缘气膜覆盖不到的下游区域的冷却效率，从而提高整个叶片的冷却效率。
【关键词】：叶片 气膜冷却 数值模拟 影响因素 吹风比 冷却效率
【学位授予单位】：上海发电设备成套设计研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK474.71
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 主要符号说明10-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 本文的研究背景及研究意义11-13
• 1.1.1 课题研究的背景11-12
• 1.1.2 课题研究的意义12-13
• 1.2 燃气透平叶片冷却技术综述13-23
• 1.2.1 气膜冷却14-17
• 1.2.2 射流冲击冷却17-19
• 1.2.3 肋片扰流冷却19-20
• 1.2.4 柱-肋冷却20-21
• 1.2.5 组合及新型冷却技术21-23
• 1.2.6 其他冷却方式23
• 1.3 本文的主要研究内容23-25
• 第二章 数值模拟计算方法25-28
• 2.1 控制方程25-26
• 2.2 湍流模型26-27
• 2.3 计算方法27
• 2.4 小结27-28
• 第三章 平板气膜冷却的数值模拟28-38
• 3.1 平板单孔模型分析28-31
• 3.2 不同吹风比下的冷却情况31-35
• 3.3 不同孔径下的冷却情况35-37
• 3.4 小结37-38
• 第四章 叶片气膜冷却数值模拟38-62
• 4.1 叶片模型及参数设置38-39
• 4.2 网格划分及边界条件的设置39-42
• 4.2.1 网格划分39-41
• 4.2.2 边界条件的设置41-42
• 4.3 数值计算结果及分析42-60
• 4.3.1 吹风比与密度比的影响42-53
• 4.3.2 自由流湍流的影响53-55
• 4.3.3 射流角度的影响55-58
• 4.3.4 冷却结构的影响58-60
• 4.4 小结60-62
• 第五章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：522044