单向体积力对压气机喷水冷却过程的影响

发布时间：2020-12-19 23:39

　　提高航空燃气轮机热力循环效率意义重大,以提升做功量为目的涡轮叶间燃烧技术得到充分的应用与发展,但在降低压气机能耗方面的研究较为少见。本文试图针对压气机叶间喷水冷却技术的影响因素进行初步探索研究,以某型航空发动机压气机叶栅尺寸的设计参数为参考依据,进行相应简化,建立简易圆桶流道三维几何模型、压气机单叶栅流道三维几何模型。本文在热力学基本方程的基础上引进边界条件求解了液滴蒸发的解析解,并通过Fluent软件进行液滴在高温高速气流中蒸发模拟计算。以解析解对比数值模拟结果的方式优化模拟参数,利用Fluent、Tecplot和Origin等软件进行结果处理,分析单向体积力、喷雾参数、气流参数对液滴蒸发率的影响,对比分析不同工况下的冷却效率,以期对工程实际做出微小的贡献。通过对计算结果的分析我们发现,液滴受热蒸发过程中存在一平衡温度,液滴平衡温度随气流湿度上升增幅明显,随气流温度变化增幅较小;液滴的蒸发速率随着湿度的增加减小较快。粒径越小的液滴单位体积所对应的蒸发表面积越大,液滴在气流中的蒸发速率随粒径减小呈平方增长,初始粒径越小,液滴蒸发率越高;初始粒径10μm时,气体流速不大于150m/s时能... 

【文章来源】：河北工业大学天津市 211工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

定温冷却理想循环的P-v图

图 1.1 定温冷却理想循环的 P-v 图 图 1.2 定温冷却理想循环的 T-s 图优化循环由以下 5 个过程组成：（a）1—2 定熵压缩过程 （压气机）（b）2—3 定压加热过程 （燃烧室）（c）3—5 定熵膨胀过程 （透 平）（d）5—1 定温压缩过程 （压气机）循环 1-2-3-4-1 为常规布雷顿理想循环，1-2-3-5-1 为定熵膨胀到大气温度的理想循环。当高温气体在涡轮中膨胀到状态 5 时，此时气体压力已经远小于大气压力，需要加压后排出。由于轴流式压气机中每级气体温度和压力逐级递增，为了灵活掌控气体温度，选择级间冷却技术，在气体压力增高的同时保持温度不变。如图所示循环中循环最高温度 T3并未变化，但是改进后循环的做功量明显增加。因此非常具有研究和应用价值。但压气机叶栅流道尺寸较小，气流速度很快，液滴的蒸发时间较短；压气机动叶片高速旋转，在上万转每分钟的高转速下，液滴的轨迹会发生变化。因此本文的研究将以探究液滴在高速高温气体中蒸发的影响因素以及大体积力对喷水冷却的影响重点展开。

河北工业大学硕士学位论文第二章 模型建立及模拟计算方法本文所研究的级间冷却，是在压气机叶栅流道中喷水来冷却高温气体，因此需气机叶片参数进行设计，但压气机叶片的设计不仅复杂，且许多参数为保密资此，在确定具体参数尺寸时，进行了相应简化，且本文暂不考虑叶片的传热、冷相关特性。压气机动叶片高速旋转产生的体积力主要包括离心力和科里奥利力，力的作用十分复杂，特别是科里奥利力，在不同类型的叶轮中，力的作用方向不同。对应研究的深度，本文叶片内简要受力分析如图 2.1、2.2 所示。

【参考文献】：
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本文编号：2926778