【摘要】：燃?xì)廨啓C(jī)作為目前熱效率最高、應(yīng)用最廣的熱動力裝置,在航天、航空、船艦和能源等多個領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用。渦輪葉片作為燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行過程中工作負(fù)荷最高的零部件之一,由于長時間處于高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的工作狀態(tài),容易出現(xiàn)表面涂層脫落、缺損和斷裂等故障,不僅會影響燃?xì)廨啓C(jī)的使用壽命,還可能造成安全隱患甚至引發(fā)事故,因此進(jìn)行渦輪葉片的溫度測量及特征研究對燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展具有重要的意義。獲取渦輪葉片溫度特征的方法不僅是研究難點(diǎn)、也是研究重點(diǎn),通過葉片表面的溫度分布特征,能夠準(zhǔn)確的分析葉片的加工工藝、冷卻性能并預(yù)測使用壽命等。本文采用計算流體力學(xué)(CFD)的知識進(jìn)行渦輪葉片溫度場數(shù)值模擬,通過建立葉片模型,設(shè)定燃?xì)怏w積、溫度和壓強(qiáng)等條件模擬葉片運(yùn)行狀態(tài),由此得出葉片表面溫度場數(shù)據(jù)。根據(jù)得到的葉片模型,本文提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)葉片表面全掃描的輻射測溫法改進(jìn)方案,傳統(tǒng)輻射測溫法采集到的是葉片軸向上從前緣到尾緣的一條直線上面的溫度數(shù)據(jù),無法準(zhǔn)確反映整個葉片表面的溫度分布情況。本文提出針對測溫探頭部分的改進(jìn)方案,通過增設(shè)步進(jìn)電機(jī)控制反射鏡旋轉(zhuǎn)、探頭旋轉(zhuǎn)和伸縮,使測溫探頭能夠同時在葉片的軸向和徑向移動,使掃描區(qū)域可以覆蓋整個葉片,實(shí)現(xiàn)溫度場重構(gòu)。根據(jù)得到的溫度場數(shù)據(jù),畫出吸力面和壓力面的歸一化溫度曲線,并結(jié)合葉片的形狀、曲率、燃?xì)饬飨虻拳h(huán)境因素對溫度分布特征進(jìn)行分析。為進(jìn)一步研究同一周期內(nèi)渦輪葉片的溫度分布一致性特征,本文采用特征提取比對的方式。通過余弦匹配的方法進(jìn)行峰值分割得到葉片溫度數(shù)據(jù),提取無量綱指標(biāo)作為時域特征,將小波包分解后的頻帶能量特征作為頻域特征,二者共同構(gòu)成代表葉片溫度分布信息的特征向量,最后再通過主成分分析(PCA)得到經(jīng)過線性重構(gòu)去除相關(guān)性的主成分特征向量。將同一旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)所有葉片的溫度分布特征向量均值作為該周期的溫度分布基準(zhǔn)特征向量,將每個葉片的溫度分布特征向量與基準(zhǔn)特征向量進(jìn)行對比并求出二者之間的相對偏差,根據(jù)偏差值即可判斷葉片溫度分布情況的一致性。該研究成果可以用于從溫度特征角度觀察葉片工作狀態(tài),為葉片故障診斷及壽命預(yù)測提供了研究基礎(chǔ)。
【圖文】：

最后進(jìn)行系數(shù)的疊加計算[39]。所以說，SST格式的k-ω模型不僅提取了k-ω模處理壁面問題時的一系列優(yōu)點(diǎn)，同時還引入了k-ε 模型來處理自由流問題。因此，SST格式的k-ω模型的使用空間更大，是目前在進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的研究領(lǐng)域內(nèi)主要采用的湍流模型。在進(jìn)行渦輪葉片溫度場分析時，由于葉片的物理也有較多的壁面問題需要處理，因此采用SST格式的k-ω模型是進(jìn)行葉片溫度場分最優(yōu)選擇。.1.5 溫度場模擬流程要完成渦輪葉片溫度場的數(shù)值計算工作，需要分別通過前處理器CFX Pre、求CFX Solver和后處理器CFX Post三個模塊按照順序依次完成各自的工作。1. 首先，通過CFX Pre建立渦輪葉片的物理模型，在規(guī)定流體域及流體屬性后行葉片模型的網(wǎng)格劃分，最后設(shè)定葉片的邊界條件、初始場及求解器計算參數(shù)；2. 通過CFX Solver求解溫度場數(shù)據(jù)并監(jiān)視溫度曲線的收斂過程；3. 通過CFX Post分析處理得到的計算結(jié)果。

第 2 章 葉片溫度場重構(gòu)及溫度分布特征分析原理采集設(shè)備和現(xiàn)場計算機(jī)四部分構(gòu)成。在渦輪葉片測溫研究中，由于葉片需要時刻保持在高溫、高壓的條件下保持高速旋轉(zhuǎn)，因此選擇輻射測溫法，由于不和待測物彼此接觸，因此傳感器部分被腐蝕或發(fā)生損壞的可能性更小，能夠測量高溫甚至超高溫物體，因此采用輻射測溫技術(shù)構(gòu)建傳感器部分。通過測溫探頭獲取被測物葉片表面輻射的光信號，由光電轉(zhuǎn)換部分將輻射光信號轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號，再根據(jù)函數(shù)關(guān)系換算成溫度數(shù)據(jù)，然而通過光電轉(zhuǎn)換得到的電信號信號強(qiáng)度較為微弱，，因此需要再增設(shè)調(diào)理電路對微弱的電信號進(jìn)行放大以及去噪濾波等操作；采集設(shè)備對調(diào)理板輸送的電信號進(jìn)行數(shù)字化采樣，并將結(jié)果傳送至現(xiàn)場計算機(jī)；計算機(jī)作為負(fù)責(zé)顯示、數(shù)據(jù)計算、儲存以及后期處理的載體，是測溫系統(tǒng)的核心設(shè)備，渦輪葉片輻射測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 2.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK474.811

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本文編號：2705574