姊妹孔气膜冷却效率的研究

发布时间：2017-09-20 07:31

  本文关键词：姊妹孔气膜冷却效率的研究

  更多相关文章： 姊妹孔 单入双出孔 数值模拟 气膜冷却

【摘要】：燃气轮机在航空、陆用发电和各种工业领域中有着广泛的应用,涡轮入口温度已经远高于叶片材料的熔点,燃气轮机热效率和输出功率随着透平进口温度的提高而增加。准确预估气膜冷却效果对涡轮叶片的设计起着至关重要的作用。影响气膜冷却的因素很多,孔型的影响尤为显著。复杂的异型孔冷却效率有大幅度的提高,但是由于受加工工艺与费用的限制,圆柱型冷却孔依旧广泛应用；因此,找到一种既可以提高气膜隔热效果又不增加气膜孔的加工难度的气膜孔孔型,是当今一项重要的课题。 本文利用FLUENT软件对Navier-Stokes方程进行求解,采用Realizableκ-ε模型,基于SIMPLE算法,采用有限体积法对控制方程进项离散,方程的离散项采用二阶迎风格式,研究了姊妹孔夹角角度对气膜冷却的影响,以及最佳角度下的姊妹孔结构和单入双出孔气膜冷却的优劣性。 结果表明：姊妹孔提高冷却效率的方式主要是通过两个次孔产生的涡旋结构和主孔涡旋结构相互作用,将被抬起的射流中心向横向方向拉拽,破坏反向对涡旋,将升力变为展向拉力,既提高了射流贴壁性又提高了展向覆盖面积。姊妹孔相对于其他复杂异型孔来说,更便于加工,而且可以大幅度提高气膜冷却效率,在实际生产中有很大的应用前景。姊妹孔相对于圆柱孔可以大幅度提高冷却效率随着吹风比增大,不同夹角姊妹孔冷却效率差别愈加明显。综合考虑近孔区域冷却效率和远孔区域冷却效率,姊妹孔最佳夹角角度是30°,其下游延伸和横向覆盖面积都比其他两种情况大。 姊妹孔30°与单入双出孔相同开孔率条件下比较得出：主流方向在近孔区域姊妹孔冷却效率高于单入双出孔,且随着吹风比的增大优势更加明显,但是由于射流贴附壁面较早,射流和主流掺混引起动量损失,到远孔区域以后,姊妹孔冷却效率稍稍下降,小于单入双出孔；姊妹孔平板横向近孔区域气膜层分布较均匀,单入双出孔远孔区域由于主孔、次孔射流速度差引起气膜层偏移,导致平板一侧冷却效果好,另一侧冷却效果欠佳；吹风比较小时单入双出孔冷却效果较佳，大吹风比下姊妹孔优势明显。
【关键词】：姊妹孔 单入双出孔 数值模拟 气膜冷却
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK473
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 主要符号表10-12
• 目录12-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 课题背景及意义14-17
• 1.2 气膜冷却国内外研究现状17-20
• 1.2.1 气膜冷却孔形的实验研究17-18
• 1.2.2 气膜冷却孔形的数值模拟18-20
• 1.3 主要研究内容20-21
• 第2章 数值计算方法和模型21-32
• 2.1 基本控制方程21-24
• 2.1.1 质量守恒方程22
• 2.1.2 动量守恒方程22-23
• 2.1.3 能量守恒方程23-24
• 2.2 控制方程的离散方法24-25
• 2.2.1 离散化的目的24
• 2.2.2 常用离散化方法24-25
• 2.3 常用的离散格式25-26
• 2.3.1 中心差分格式25
• 2.3.2 一阶迎风格式25-26
• 2.3.3 二阶迎风格式26
• 2.3.4 QUICK 格式26
• 2.4 湍流模型26-31
• 2.4.1 标准k-ε湍流模型26-28
• 2.4.2 标准壁面函数法28-29
• 2.4.3 RNGk k-ε 模型29-30
• 2.4.4 Realizablek k-ε模型30-31
• 2.5 计算方法31-32
• 第3章 姊妹孔平板气膜冷却效率的数值模拟32-41
• 3.1 物理模型与数值计算方法32-36
• 3.1.1 几何模型和网格划分32-34
• 3.1.2 数值方法及边界条件34-35
• 3.1.3 参数定义35-36
• 3.2 计算结果和讨论36-40
• 3.2.1 吹风比 M=1.5 时不同截面涡量等值线分布36-38
• 3.2.2 不同夹角底面中心线冷却效率比较38-39
• 3.2.3 吹风比 M=1.5 时不同姊妹孔夹角平板冷却效率云图39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 姊妹孔与单入双出孔平板气膜冷却效率的数值模拟41-49
• 4.1 物理模型和数值计算方法41-43
• 4.1.1 几何模型41-42
• 4.1.2 流场区域和边界条件42-43
• 4.1.3 数值计算方法和参数定义43
• 4.2 结果分析43-48
• 4.2.1 主流方向孔后中心线冷却效率43-46
• 4.2.2 横向冷却效率46
• 4.2.3 流场分析46-48
• 4.2.4 加工工艺分析48
• 4.3 本章小结48-49
• 结论49-51
• 参考文献51-54
• 发表学术论文情况54-55
• 致谢55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郭婷婷;邹晓辉;刘建红;李少华;;扇形喷孔气膜冷却流场的大涡模拟[J];动力工程;2008年02期

2 张玲;胡博;董海瑞;;入射角对气膜冷却效果影响的数值研究[J];动力工程学报;2011年12期

3 梁俊宇;孟宝宝;康顺;翟丽娜;;平板气膜冷却孔下游湍流场的试验研究[J];动力工程学报;2012年06期

4 王文三;唐菲;赵庆军;徐建中;;新型双射流冷却孔对气膜冷却效率影响的研究[J];工程热物理学报;2011年08期

5 李永康;张靖周;姚玉;;利用三角形突片改善气膜冷却效率的数值研究[J];航空动力学报;2006年01期

6 徐国强;田宁;陶智;丁水汀;罗翔;邓宏武;;液晶测温法对平板气膜冷却的实验研究[J];航空动力学报;2007年05期

7 李志强;田涛;;缩扩孔对孔板气膜冷却效果的数值研究[J];航空动力学报;2008年10期

8 廖乃冰;朱惠人;李广超;许都纯;;双扇形孔气膜冷却效率的研究[J];航空动力学报;2008年11期

9 李广超;吴冬;张魏;柏树生;;次孔方位角对单入口-双出口孔射流气膜冷却效率影响[J];航空动力学报;2011年07期

10 魏小峰;吴宏;;带抑涡支孔结构新型气膜孔的实验研究[J];航空科学技术;2015年01期

，

本文编号：886716