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  本文關(guān)鍵詞：渦輪葉片尾緣偏劈縫冷卻結(jié)構(gòu)及其特性的數(shù)值研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《廣東海洋大學》 2015年

渦輪葉片尾緣偏劈縫冷卻結(jié)構(gòu)及其特性的數(shù)值研究

陳明豐  

【摘要】：渦輪葉片進口燃氣溫度的提高有利于增加渦輪的輸出功率。在高性能的燃氣輪機中,通常渦輪葉片進口的燃氣溫度超出了葉片材料的溫度極限,所以必須采用葉片冷卻技術(shù),這樣才能保證渦輪葉片在高溫、高壓和高速運轉(zhuǎn)的環(huán)境中長時間穩(wěn)定地運行�；诂F(xiàn)代先進制造技術(shù)的渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)的研究和改進,是先進冷卻技術(shù)的核心內(nèi)容,是渦輪葉片安全運行的保證。因此,渦輪葉片尾緣偏劈縫冷卻結(jié)構(gòu)的研究的意義非常重大。本文首先構(gòu)造了渦輪葉片尾緣偏劈縫的冷卻結(jié)構(gòu),建立了相應的物理模型與三維數(shù)學模型,采用有限容積法對此結(jié)構(gòu)所帶來的冷卻效果進行了數(shù)值模擬,借助商用軟件FLUENT 6.3進行求解,將數(shù)值計算結(jié)果與文獻中的實驗結(jié)果進行了比較,驗證了模型的可靠性;分別研究了不同孔縫內(nèi)夾角、有柵隔和無柵隔結(jié)構(gòu)以及氣流參數(shù)對偏劈縫氣膜冷卻特性的影響;最后給出了本文研究的主要結(jié)論。文中考慮到偏劈縫結(jié)構(gòu)氣膜冷卻流場的特殊性,即壁面兩側(cè)均為熱端,采用了兩種不同的定義方法來作為衡量氣膜冷卻特性的指標,分別是氣膜冷卻效率和冷卻效果,其中氣膜冷卻效率基于絕熱壁溫,冷卻效果基于實際壁溫。由于冷卻效果不僅體現(xiàn)了氣膜的隔熱作用,還體現(xiàn)了吸壓側(cè)傳熱的影響,因而對于工程設計更具有直觀的效果。研究了氣流參數(shù)對偏劈縫結(jié)構(gòu)氣膜冷卻的影響。在雷諾數(shù)為1.5×104~1.6×105的范圍內(nèi),發(fā)現(xiàn)雷諾數(shù)對孔縫中心線下游的氣膜冷卻效率的影響不明顯,柵隔中心線下游的氣膜冷卻效率隨雷諾數(shù)的增大而增大;雷諾數(shù)的增大有利于孔縫中心線下游的冷卻效果的提高,但柵隔中心線下游的冷卻效果是先增大后減小的變化趨勢。在吹風比為0.4~1.6的范圍內(nèi),發(fā)現(xiàn)吹風比的增大導致孔縫中心線下游的氣膜冷卻效率產(chǎn)生很小的增加,但會引起柵隔中心線下游的氣膜冷卻效率降低;另外,吹風比的增大有利于偏劈縫結(jié)構(gòu)冷卻效果的提高。通過研究偏劈縫結(jié)構(gòu)不同孔縫內(nèi)夾角的氣膜冷卻特性,發(fā)現(xiàn)孔縫內(nèi)夾角的增大有利于氣膜冷卻效率的提高,但冷卻效果卻隨著孔縫內(nèi)夾角的增大而減小。在主流雷諾數(shù)為3.0×105和吹風比為1.0的工況下,孔縫內(nèi)夾角從0°變化到10°時,氣膜冷卻效率提高了9.2%,冷卻效果降低了0.85%。在工程設計中,應選取較小的孔縫內(nèi)夾角。通過比較有柵隔和無柵隔兩種偏劈縫結(jié)構(gòu)的氣膜冷卻效率和冷卻效果可以看出,無柵隔結(jié)構(gòu)的速度場和溫度場的協(xié)同性優(yōu)于有柵隔結(jié)構(gòu),且從整體上看,無柵隔結(jié)構(gòu)的氣膜冷卻效率和冷卻效果均高于有柵隔結(jié)構(gòu),特別是在高吹風比的情況下,無柵隔結(jié)構(gòu)冷卻特性的優(yōu)勢更加明顯。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：廣東海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK473
【目錄】：

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本文編號：221149