流场涡旋核心分布对双工质冷却带肋通道换热特性的影响

发布时间：2017-08-19 01:34

  本文关键词：流场涡旋核心分布对双工质冷却带肋通道换热特性的影响

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【摘要】：采用先进燃气轮机叶片冷却技术是提高高温涡轮叶片可靠性和延长寿命的有效办法。从目前燃气轮机高温涡轮叶片带肋通道空气和蒸汽冷却技术研究成果上看,带肋通道内的二次流或者涡旋结构对通道的强化换热具有重要贡献,但是这些涡旋结构的产生、演变机理、形态特征以及对通道壁面的换热特性具有怎样的影响,目前还不清楚。本文主要研究内容包括:采用数值模拟的研究方法,数值计算了宽高比W/H=2/1,肋角度??30o 45、o 60、o 90、o,雷诺数Re=10000 80000,蒸汽和空气冷却带肋通道;考察了带肋通道网格的无关性,并与实验研究结果进行对比,验证了数值计算结果的可靠性;使用流场涡旋核心显示技术,分析和阐明了肋角度、雷诺数、流动工质对带肋通道涡旋的产生、演变过程、形态特征、分布规律的影响以及对带肋通道换热特性的影响规律;最后,给出了不同肋角度空气和蒸汽冷却带肋通道换热特性、摩擦特性以及换热因子的数值计算研究结果。研究结果表明:肋角度对带肋通道内的涡旋特征以及分布规律有很大影响,而雷诺数以及流动工质对其影响较小;??30o 45、o 60、o带肋通道涡系主要以左侧壁面上的离散涡,带肋面上的纵向涡以及主流中心区域靠近右侧壁面上的主涡组成,??30o带肋通道纵向涡结构出现分支现象,而??45o 60、o通道纵向涡却没有,但??60o带肋通道纵向涡在下游覆盖区域比??30o 45、o要广;??90o带肋通道涡系主要由横向涡结构组成,横向涡涡旋结构具有非连续性,结构单一,在充分发展段呈周期性分布。o o o??30 45、60、通道带肋面上纵向涡所掠过的区域,能获得较高的努赛尔数分布。带肋面上努赛尔数沿着通道主流方向呈周期性分布,沿通道径向方向逐渐降低,这主要是由纵向涡涡旋强度沿主流方向没有太大变化而沿着通道径向方向逐渐减弱导致。??30o带肋通道纵向涡出现分支现象,削弱了涡旋换热能力,导致带肋面上努赛尔数分布最低;o??60带肋通道纵向涡影响区域最广,导致带肋面上努赛尔数分布最高。o??90带肋通道横向涡所掠过区域以及气流再附着区域能获得较高的努赛尔数分布,而且沿着通道主流和径向方向努赛尔数分布比较均匀。雷诺数增大会增强涡旋强度,显著提高涡旋强化换热能力。蒸汽比空气具有更好的热物性,因此,蒸汽的换热性能好于空气。带肋通道涡旋强度?、涡旋核心相对于边界层的位置??、涡旋核心半径r是影响涡旋强化换热的重要参数。本文的研究结果可为主动控制涡旋强化换热提供参考,同时对进一步优化燃气轮机带肋通道换热性能具有一定的指导意义。
【关键词】：数值模拟 空气和蒸汽 带肋通道 涡旋结构 涡旋换热特性
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK471
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 重型燃气轮机高温涡轮叶片冷却技术研究现状12-20
• 1.2.1 重型燃气轮机高温涡轮叶片冷却方法12-15
• 1.2.2 高温涡轮叶片带肋通道空气冷却技术研究现状15-19
• 1.2.3 高温涡轮叶片带肋通道蒸汽冷却技术研究现状19-20
• 1.3 本文主要研究工作20-22
• 第二章 数值计算方法及其可靠性验证22-34
• 2.1 物理模型与工况条件22-23
• 2.2 控制方程23-24
• 2.3 湍流模型24-27
• 2.4 近壁面处理及网格划分27-29
• 2.5 计算结果数据处理29-30
• 2.6 数值计算方法可靠性验证30-33
• 本章小结33-34
• 第三章 带肋通道涡旋分布规律分析34-45
• 3.1 肋角度对带肋通道涡旋分布规律的影响34-39
• 3.1.1 不同肋角度带肋通道全场涡旋分布规律34-35
• 3.1.2 不同肋角度带肋通道进.段涡旋分布规律35-37
• 3.1.3 不同肋角度带肋通道充分发展段涡旋分布规律37-39
• 3.2 雷诺数对带肋通道涡旋分布规律的影响39-42
• 3.3 工质对带肋通道涡旋分布规律的影响42-43
• 本章小结43-45
• 第四章 带肋通道涡旋分布规律对壁面努赛尔数的影响45-78
• 4.1 不同肋角度带肋通道进.带肋面涡旋分布对努赛尔数的影响45-48
• 4.2 不同肋角度带肋通道充分发展段涡旋分布对努赛尔数的影响48-56
• 4.2.1 带肋面涡旋分布对努赛尔数的影响48-54
• 4.2.2 光滑面涡旋分布对努赛尔数的影响54-56
• 4.3 雷诺数对不同肋角度带肋通道涡旋换热特性的影响56-68
• 4.3.1 雷诺数对带肋面涡旋换热特性的影响56-62
• 4.3.2 雷诺数对光滑面涡旋换热特性的影响62-68
• 4.4 流动工质对带通道努赛尔数的影响68-72
• 4.5 不同肋角度带肋通道换热性能比较72-76
• 本章小结76-78
• 结论与展望78-81
• 结论78-79
• 创新点79-80
• 展望80-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文85-86
• 致谢86-87

【参考文献】

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1 吉桂明;蒸汽冷却的M501G燃气轮机[J];热能动力工程;2005年03期

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本文编号：697964