冷却气流对涡轮叶栅气动特性影响的数值研究

发布时间：2017-09-25 05:19

  本文关键词：冷却气流对涡轮叶栅气动特性影响的数值研究

  更多相关文章： 数值计算 气膜冷却 尾缘劈缝 气动特性 掺混损失 吹风比

【摘要】：燃气轮机压比与涡轮入口温度不断提升,对涡轮叶片的冷却技术提出了更高的要求。气膜冷却技术能够在高热负荷下有效地保护叶片,但气膜射流与主流之间的掺混是涡轮气动损失的重要来源。本文以两组涡轮叶栅为对象,数值研究了叶身气膜孔与尾缘劈缝冷气喷射的流动特性,揭示了几何与流动参数对掺混过程与叶栅气动损失的影响规律。在以涡轮导叶平面叶栅为对象,考察尾缘劈缝的冷气喷射对叶栅气动性能影响的研究中,分析了叶栅气动损失随冷气吹风比、劈缝宽度变化的特性。结果表明总压损失随吹风比与劈缝宽度增大而降低;热力学能损失则随吹风比增大而升高,随劈缝宽度增大的变化规律与吹风比大小相关。以串列级环形叶栅为对象研究涡轮导叶尾缘劈缝的冷气喷射对下游动叶栅气动特性的影响,表明动叶栅进出口流场的周向不均匀性可随吹风比增大得到改善。在以涡轮动叶的环形叶栅为对象的研究中,考察了无气膜冷却的叶型气动特性及来流攻角对气动损失的影响规律。对比有无叶身气膜冷却掺混对叶栅气动性能的影响,表明带气膜冷却的气动损失比无气膜冷却时偏小。为了分析动叶带气膜冷却时的气动特性受主流与冷气流气动参数影响的规律,分别研究了来流攻角、转速与冷气入口压力对叶栅损失与气膜冷却效率的影响,表明气动损失随吹风比增加先减后增。对气膜冷却掺混影响叶栅气动特性的研究,可为相关的实验研究与涡轮叶片冷却结构的设计提供参考。
【关键词】：数值计算 气膜冷却 尾缘劈缝 气动特性 掺混损失 吹风比
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK473
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 燃气轮机气膜冷却的理论背景10-13
• 1.2 气膜冷却传热特性研究13-16
• 1.3 有/无气膜冷却叶栅的损失模型16-20
• 1.4 涡轮叶片气膜及劈缝冷却气流对叶栅的气动影响20-23
• 1.4.1 不同损失系数定义及应用20-21
• 1.4.2 气膜冷却对气动损失影响的研究21-22
• 1.4.3 尾缘冷气对叶栅气动性能的研究22
• 1.4.4 小结22-23
• 1.5 本文主要工作23-24
• 第二章 带尾缘劈缝冷气喷射的涡轮平面叶栅气动特性研究24-51
• 2.1 引言24
• 2.2 低压涡轮导叶的平面叶栅试验24-32
• 2.2.1 试验装置与方法24-28
• 2.2.2 试验结果与分析28-32
• 2.3 低压涡轮导叶带尾缘劈缝喷气的数值计算32-35
• 2.3.1 数值计算几何模型32-34
• 2.3.2 数值计算湍流模型34-35
• 2.4 尾缘劈缝冷气对叶栅下游流场影响35-49
• 2.4.1 吹风比对叶栅下游气动性能影响36-43
• 2.4.2 劈缝槽宽度对叶栅气动性能的影响43-47
• 2.4.3 吹风比与劈缝宽度的综合影响47-49
• 2.5 本章小结49-51
• 第三章 尾缘劈缝冷气对环形串列级叶栅气动特性的影响51-68
• 3.1 引言51
• 3.2 环形叶栅的设计与建模51-57
• 3.2.1 设计工况51-54
• 3.2.2 实验工况54-55
• 3.2.3 环形叶栅实验段及计算域设计55-57
• 3.3 环形叶栅无尾缘劈缝的气动特性57-63
• 3.3.1 数值模拟的网格和湍流模型57-59
• 3.3.2 上游尾迹对下游动叶气动特性的影响59-61
• 3.3.3 马赫数变化对尾迹及下游动叶叶栅特性的影响61-63
• 3.4 尾缘劈缝对环形叶栅气动特性的影响63-66
• 3.4.1 导叶尾缘劈缝结构与工况63-64
• 3.4.2 总压损失系数周向分布64-65
• 3.4.3 马赫数及总压在中间叶高流道的分布65-66
• 3.5 本章小结66-68
• 第四章 来流攻角对无冷气动叶栅气动特性的影响68-83
• 4.1 引言68
• 4.2 设计工况下的动叶栅气动特性分析68-74
• 4.2.1 设计工况的确定68-69
• 4.2.2 模型选择及网格划分69-70
• 4.2.3 动叶栅的气动特性分析70-74
• 4.3 来流攻角对动叶栅的气动特性影响74-81
• 4.3.1 来流变攻角对叶栅流道静压分布的影响77
• 4.3.2 来流变攻角对叶根及叶顶截面流场的影响77-79
• 4.3.3 来流变攻角对叶栅出口总压损失的影响79-81
• 4.4 本章小结81-83
• 第五章 气膜冷却对动叶环形叶栅气动特性的影响83-106
• 5.1 引言83
• 5.2 数值计算的模型83-91
• 5.2.1 叶片冷却结构的几何模型83-85
• 5.2.2 网格划分及湍流模型选择85
• 5.2.3 带气膜冷却叶栅的气动特性分析85-91
• 5.3 变攻角对带气膜冷却叶栅气动特性的影响91-93
• 5.4 变转速对带气膜冷却叶栅气动特性的影响93-96
• 5.5 变冷气量对带气膜冷却叶栅气动特性的影响96-104
• 5.5.1 前缘冷气入口的冷气量对叶栅气动特性的影响96-99
• 5.5.2 中间冷气入口的冷气量对叶栅气动特性的影响99-102
• 5.5.3 尾缘冷气入口的冷气量对叶栅气动特性的影响102-104
• 5.6 本章小结104-106
• 第六章 结论与展望106-108
• 6.1 结论106-107
• 6.2 完善与展望107-108
• 参考文献108-111
• 致谢111-112
• 攻读学位期间的学术成果112-114

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐靖中,葛绍岩;弯曲壁面离散孔气膜冷却数值计算[J];工程热物理学报;1983年01期

2 徐靖中,姚永庆,贾建国,葛绍岩,邹福康;凸表面单排孔30°喷射气膜冷却流场近场特性的实验研究[J];工程热物理学报;1984年02期

3 姚永庆,夏彬,葛绍岩,邹福康;双排离散孔在凸表面上气膜冷却有效温比的传质实验研究[J];航空动力学报;1986年01期

4 张鸣远 ,陈学俊 ,邹福康 ,葛绍岩 ,徐靖中 ,陈时钧;双排叉排孔气膜冷却特性研究 (二) 绝热有效温比[J];航空动力学报;1990年01期

5 江涛,刘松龄;曲壁气膜冷却数值计算的研究[J];航空学报;1991年05期

6 朱惠人,许都纯,刘松龄,王宝珑;簸箕形排孔气膜冷却实验研究[J];航空学报;1997年05期

7 蒋雪辉,赵晓路;非定常尾迹对叶片头部气膜冷却的影响[J];航空动力学报;2005年04期

8 张树林,王洪斌;多斜孔板气膜冷却性能试验研究[J];航空发动机;2005年03期

9 姚玉;张靖周;李永康;;带三角形突片气膜冷却结构换热特性的数值研究[J];航空动力学报;2006年04期

10 曾军;王彬;康勇;;气膜冷却涡轮导向叶片流场数值模拟[J];燃气涡轮试验与研究;2006年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 贺安江;;新型气膜冷却孔的数值研究[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年

2 秦晏e，

本文编号：915578