基于热板原理的涡轮叶片冷却技术数值研究
发布时间：2021-04-23 18:18
随着航空技术的发展,对涡轮发动机的性能提出越来越高的要求,涡轮进气温度随之逐年提高,为了保证叶片安全可靠的工作环境,叶片的冷却技术显得愈发重要。当前广泛使用的气膜冷却技术,经过几十年的研究已经到了瓶颈,很难实现大的突破,且由于叶片表面开孔和温度分布的不均匀性,对其机械强度造成了一定的不利影响。且目前应用在叶片上较为高效的冷却技术热障涂层技术,在与气膜冷却搭配使用起来也有诸多限制及不足。鉴于当前涡轮进气温度逐年提高和涡轮叶片冷却技术不足之间的矛盾,在充分研究冷却技术可行性基础上,本文提出使用热板对涡轮叶片进行冷却的方法,用数值模拟的方法研究了热板的工作原理,及对热板冷却叶片可能达到的效果进行了理论分析,本文相关内容如下:（1）构建了热板技术冷却叶片的结构模型并对其工作过程进行相应的理论分析,在Fluent软件内用合适的两相流模型对简化二维热板模型和简化二维热板冷却叶片结构的工作过程进行了数值模拟,较为准确的模拟了热板内部吸液芯的毛细力,相变换热等过程,为之后的热板数值模拟奠定了工作基础。（2）通过将热板稳定工作时的工况处理成定温内壁面,对不同入口温度和热板工作温度下二维叶片流道进行了数值...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 叶片冷却技术研究现状
1.2.1 涡轮叶片冷却发展概况
1.2.2 涡轮叶片的典型冷却方式
1.2.3 热障涂层研究现状
1.3 当前叶片冷却存在的缺点及不足
1.4 基于热管原理涡轮叶片冷却技术的提出
1.5 热板技术冷却叶片的优点
1.6 本文主要研究内容
2 热板工作机理可行性与数值模拟研究
2.1 热管基本理论
2.2 热板冷却涡轮叶片的模型
2.3 热板数值仿真原理
2.3.1 两相流模型
2.3.2 蒸发冷凝模型
2.3.3 多孔介质模型
2.4 热板工作机理二维模型研究
2.5 简化内附热板的二维叶片模型研究
2.6 小结
3 内部定温热板二维叶片流道数值模拟
3.1 几何模型
3.2 湍流模型
3.3 无气膜冷却模型验证
3.4 内部定温热板二维叶片流道数值模拟
3.4.1 前缘覆盖热障涂层
3.4.2 表面全覆盖热障涂层
3.5 小结
4 平板气膜冷却温度不均匀性研究
4.1 几何模型与数值计算方法
4.1.1 几何模型
4.1.2 网格划分及模型验证
4.2 不同吹风比及入口温度下单气膜孔壁面表面温度分布
4.2.1 不同吹风比下单气膜孔壁面表面温度分布
4.2.2 不同入口温度下单气膜孔壁面冷却效率分布
4.3 不同孔型下壁面表面温度分布
4.3.1 单排三气膜孔下壁面表面温度分布
4.3.2 姊妹孔下壁面表面温度分布
4.4 三种气膜孔布置下壁面表面温度与冷却效率对比
4.5 小结
4.6 热板冷却与平板气膜冷却效果对比
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃气轮机涡轮导叶热管冷却效果对比研究[J]. 占丽媛,李玉华,姜玉雁,唐大伟. 中国科学院大学学报. 2014(06)
[2]高超声速飞行器前缘疏导式热防护结构的实验研究[J]. 孙健,刘伟强. 物理学报. 2014(09)
[3]入射角对气膜冷却效果影响的数值研究[J]. 张玲,胡博,董海瑞. 动力工程学报. 2011(12)
[4]带有热障涂层的涡轮叶片前缘气热耦合数值研究[J]. 周鸿儒,顾忠华,韩万金,刘占生. 汽轮机技术. 2011(01)
[5]冷却流量变化对叶栅冷却效果影响的数值模拟[J]. 姜澎,陈凯,孙阳,黄洪雁,冯国泰,王仲奇. 推进技术. 2009(05)
[6]涡轮叶栅流动和传热耦合计算[J]. 曾军,卿雄杰. 航空动力学报. 2009(06)
[7]大型燃气涡轮叶片冷却技术[J]. 张效伟,朱惠人. 热能动力工程. 2008(01)
[8]第四代战斗机的强劲“心脏”——F-22战斗机的F119涡扇发动机[J]. 叶大荣,任光明. 现代军事. 2006(11)
[9]热障涂层的研究进展与发展趋势[J]. 李美姮,胡望宇,孙晓峰,管恒荣,胡壮麒. 材料导报. 2005(04)
[10]热障涂层的发展现状[J]. 张玉娟,张玉驰,孙晓峰,管恒荣,胡壮麒,沈嘉年. 材料保护. 2004(06)
博士论文
[1]对带气膜孔的肋化冷却通道耦合换热特性的实验与数值研究[D]. 冯志新.中国科学技术大学 2013
[2]燃气透平导叶气热耦合实验与数值研究[D]. 张超.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
硕士论文
[1]高温热管在疏导式热防护结构中应用的机理研究[D]. 喻磊.国防科学技术大学 2012
[2]交叉肋结构气冷涡轮叶片的数值研究[D]. 王洋洲.哈尔滨工程大学 2012
[3]气冷涡轮叶片的传热设计[D]. 迟重然.哈尔滨工业大学 2011
[4]定向凝固涡轮叶片蠕变试验及理论分析[D]. 周勇.大连理工大学 2010
[5]蒸汽冷却叶片强化换热研究[D]. 胡汀.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3155805
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 叶片冷却技术研究现状
1.2.1 涡轮叶片冷却发展概况
1.2.2 涡轮叶片的典型冷却方式
1.2.3 热障涂层研究现状
1.3 当前叶片冷却存在的缺点及不足
1.4 基于热管原理涡轮叶片冷却技术的提出
1.5 热板技术冷却叶片的优点
1.6 本文主要研究内容
2 热板工作机理可行性与数值模拟研究
2.1 热管基本理论
2.2 热板冷却涡轮叶片的模型
2.3 热板数值仿真原理
2.3.1 两相流模型
2.3.2 蒸发冷凝模型
2.3.3 多孔介质模型
2.4 热板工作机理二维模型研究
2.5 简化内附热板的二维叶片模型研究
2.6 小结
3 内部定温热板二维叶片流道数值模拟
3.1 几何模型
3.2 湍流模型
3.3 无气膜冷却模型验证
3.4 内部定温热板二维叶片流道数值模拟
3.4.1 前缘覆盖热障涂层
3.4.2 表面全覆盖热障涂层
3.5 小结
4 平板气膜冷却温度不均匀性研究
4.1 几何模型与数值计算方法
4.1.1 几何模型
4.1.2 网格划分及模型验证
4.2 不同吹风比及入口温度下单气膜孔壁面表面温度分布
4.2.1 不同吹风比下单气膜孔壁面表面温度分布
4.2.2 不同入口温度下单气膜孔壁面冷却效率分布
4.3 不同孔型下壁面表面温度分布
4.3.1 单排三气膜孔下壁面表面温度分布
4.3.2 姊妹孔下壁面表面温度分布
4.4 三种气膜孔布置下壁面表面温度与冷却效率对比
4.5 小结
4.6 热板冷却与平板气膜冷却效果对比
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃气轮机涡轮导叶热管冷却效果对比研究[J]. 占丽媛,李玉华,姜玉雁,唐大伟. 中国科学院大学学报. 2014(06)
[2]高超声速飞行器前缘疏导式热防护结构的实验研究[J]. 孙健,刘伟强. 物理学报. 2014(09)
[3]入射角对气膜冷却效果影响的数值研究[J]. 张玲,胡博,董海瑞. 动力工程学报. 2011(12)
[4]带有热障涂层的涡轮叶片前缘气热耦合数值研究[J]. 周鸿儒,顾忠华,韩万金,刘占生. 汽轮机技术. 2011(01)
[5]冷却流量变化对叶栅冷却效果影响的数值模拟[J]. 姜澎,陈凯,孙阳,黄洪雁,冯国泰,王仲奇. 推进技术. 2009(05)
[6]涡轮叶栅流动和传热耦合计算[J]. 曾军,卿雄杰. 航空动力学报. 2009(06)
[7]大型燃气涡轮叶片冷却技术[J]. 张效伟,朱惠人. 热能动力工程. 2008(01)
[8]第四代战斗机的强劲“心脏”——F-22战斗机的F119涡扇发动机[J]. 叶大荣,任光明. 现代军事. 2006(11)
[9]热障涂层的研究进展与发展趋势[J]. 李美姮,胡望宇,孙晓峰,管恒荣,胡壮麒. 材料导报. 2005(04)
[10]热障涂层的发展现状[J]. 张玉娟,张玉驰,孙晓峰,管恒荣,胡壮麒,沈嘉年. 材料保护. 2004(06)
博士论文
[1]对带气膜孔的肋化冷却通道耦合换热特性的实验与数值研究[D]. 冯志新.中国科学技术大学 2013
[2]燃气透平导叶气热耦合实验与数值研究[D]. 张超.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
硕士论文
[1]高温热管在疏导式热防护结构中应用的机理研究[D]. 喻磊.国防科学技术大学 2012
[2]交叉肋结构气冷涡轮叶片的数值研究[D]. 王洋洲.哈尔滨工程大学 2012
[3]气冷涡轮叶片的传热设计[D]. 迟重然.哈尔滨工业大学 2011
[4]定向凝固涡轮叶片蠕变试验及理论分析[D]. 周勇.大连理工大学 2010
[5]蒸汽冷却叶片强化换热研究[D]. 胡汀.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3155805
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