透平叶片全三元粘性流场下的冲蚀特性研究

发布时间：2017-09-26 03:25

  本文关键词：透平叶片全三元粘性流场下的冲蚀特性研究

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【摘要】：透平机械是工业领域中应用广泛的一种能量转换机械,作为当代重要的能源利用设备之一,被广泛地应用于能源、冶金、石油、化工等领域,在国民经济的支柱产业中占有着重要地位。透平机械技术的不断完善对国民经济发展和国防建设具有重大影响,是我国核心动力技术可持续发展的重要保障。因此,积极开展透平动力机械性能的研究,具有非常实际的工程意义和学术价值。其中含尘透平机械,其工作介质为水蒸气、氮气、二氧化碳等组分的混合烟气,并含有大量无法完全过滤的催化剂颗粒或煤灰颗粒等,在运行过程中,固体颗粒对叶栅反复碰撞或研磨造成冲蚀磨损,它不仅会增大叶片表面损伤,破坏叶片流线进而恶化其气动性能,而且还会因质量变化改变叶片振动特性,发展到一定程度甚至将危及透平机组运行安全性。因此,固体颗粒冲蚀是影响透平机组运行效率和安全性的关键问题之一,通过数值模拟研究三元粘性流场下的颗粒冲蚀分布规律,开展可控性研究以及预测叶片寿命,寻求降低和克服冲蚀的手段和措施,对于提升动力装置的经济效益和运行安全可靠性具有重要意义,符合工程实际需要。本文采用CFD模拟方法,借助商用软件Phoenics对某一单级烟气轮机静叶和动叶流道内颗粒冲蚀特性展开数值模拟研究,分析分布粒径5~50μm稀相颗粒群的运动轨迹及颗粒滑移程度;根据Tabakoff冲蚀计算理论计算冲蚀率,并提出基于冲蚀耦合的叶片振动频率关联模型,预测叶片寿命;研究叶片表面弹性特性对冲蚀分布的影响,通过探索冲蚀可控性规律,提出一种基于弹性恢复系数,关于叶片冲蚀可控的新思路。为了更直观的了解材料抗冲蚀特性,本文还进行了热态风洞冲蚀试验,在200℃和300℃拟工况条件下,对喷丸表面处理前后的叶片常用材料X20Cr13金属进行全冲角冲蚀试验,提出试验条件下的叶片选材的优化方案,同时归纳喷丸表面强化处理工艺对材料抗冲蚀性的影响,为叶片的表面强化工艺提供参考依据。
【关键词】：含尘透平 叶片冲蚀 三元粘性流场 湍流扩散 随机轨道 寿命预测 冲蚀可控 热态冲蚀试验
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK473
【目录】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 CFD技术及Phoenics软件简介15-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 第二章 透平三元粘性流场下冲蚀数值求解方法19-35
• 2.1 CFD数值模拟计算流程19
• 2.2 三元粘性流场19-22
• 2.2.1 湍流模型19-21
• 2.2.2 控制方程21-22
• 2.3 数值计算方法22-24
• 2.4 网格生成24-25
• 2.5 颗粒运动模型25-28
• 2.5.1 颗粒运动方程25-27
• 2.5.2 颗粒轨道模型27-28
• 2.6 气固两相流动模拟方法28-29
• 2.7 混合平面数据处理与传递29-31
• 2.8 冲蚀理论及冲蚀率计算模型31-34
• 2.9 本章小结34-35
• 第三章 含尘透平叶片冲蚀模拟与分析35-49
• 3.1 计算概述35-36
• 3.2 几何模型建立与网格划分36-37
• 3.3 边界条件设定37-39
• 3.4 固相颗粒设定39
• 3.5 气固两相模拟分析39-44
• 3.6 冲蚀率计算44-45
• 3.7 叶片寿命预报与冲蚀率的关联模型45-47
• 3.8 本章小结47-49
• 第四章 冲蚀可控性探究49-55
• 4.1 变弹性恢复系数条件下叶片冲蚀变化分析49-51
• 4.2 叶片不同区域的冲蚀率变化51-52
• 4.3 叶片不同区域冲蚀率分析52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 冲蚀试验55-63
• 5.1 热态冲蚀试验条件55-57
• 5.1.1 热态冲蚀系统55-57
• 5.1.2 冲蚀试验靶材及颗粒的选用57
• 5.2 试验方案57-58
• 5.3 试验结果分析58-62
• 5.3.1 200℃喷丸表面处理前后试验结果及分析58-59
• 5.3.2 300℃喷丸表面处理前后试验结果及分析59-61
• 5.3.3 200℃和 300℃冲蚀试验比较分析61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-66
• 6.1 主要工作63
• 6.2 主要结论63-64
• 6.3 研究展望64-66
• 参考文献66-69
• 附录69-77
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 伊景海,马材芬,郝庆,徐忠;气固两相冲动式平面叶栅表面压力分布的试验研究[J];工程热物理学报;1993年02期

2 姜小敏,凌志光,邓兴勇;含尘流透平叶片冲蚀的数值分析[J];工程热物理学报;2001年01期

3 刘观伟;王顺森;毛靖儒;丰镇平;;汽轮机叶片材料抗固粒冲蚀磨损能力的试验研究[J];工程热物理学报;2007年04期

4 马颖,任峻,李元东,陈体军,李炳;冲蚀磨损研究的进展[J];兰州理工大学学报;2005年01期

5 刘向军;石磊;徐旭常;;稠密气固两相流欧拉-拉格朗日法的研究现状[J];计算力学学报;2007年02期

6 陈海生;谭春青;;叶轮机械内部流动研究进展[J];机械工程学报;2007年02期

7 崔桂香,许春晓,张兆顺;湍流大涡数值模拟进展[J];空气动力学学报;2004年02期

8 游振江,林建忠;气固两相流叶轮机械磨损问题研究综述[J];流体机械;2000年03期

9 王汉青,王志勇,寇广孝;大涡模拟理论进展及其在工程中的应用[J];流体机械;2004年07期

10 侯树强,王灿星,林建忠;叶轮机械内部流场数值模拟研究综述[J];流体机械;2005年05期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王顺森;毛靖儒;丰镇平;;高参数汽轮机调节级喷嘴防治颗粒冲蚀技术及其优化机制[A];中国动力工程学会透平专业委员会2010年学术研讨会论文集[C];2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李丽丽;不同用途的叶轮机械内部流场数值模拟分析及结构优化研究[D];大连理工大学;2008年

2 石海;烟气轮机轮盘冷却及动叶气动磨损机理的数值研究[D];大连理工大学;2013年

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本文编号：921206