【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(dòng)力裝置,在航天、航空、船艦和能源等多個(gè)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(guò)程中工作負(fù)荷最高的零部件之一,由于長(zhǎng)時(shí)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(huì)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(cè)量及特征研究對(duì)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(guò)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(cè)使用壽命等。本文采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的知識(shí)進(jìn)行渦輪葉片溫度場(chǎng)數(shù)值模擬,通過(guò)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(chǎng)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(cè)溫法改進(jìn)方案,傳統(tǒng)輻射測(cè)溫法采集到的是葉片軸向上從前緣到尾緣的一條直線(xiàn)上面的溫度數(shù)據(jù),無(wú)法準(zhǔn)確反映整個(gè)葉片表面的溫度分布情況。本文提出針對(duì)測(cè)溫探頭部分的改進(jìn)方案,通過(guò)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(cè)溫探頭能夠同時(shí)在葉片的軸向和徑向移動(dòng),使掃描區(qū)域可以覆蓋整個(gè)葉片,實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)重構(gòu)。根據(jù)得到的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù),畫(huà)出吸力面和壓力面的歸一化溫度曲線(xiàn),并結(jié)合葉片的形狀、曲率、燃?xì)饬飨虻拳h(huán)境因素對(duì)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(duì)的方式。通過(guò)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(wú)量綱指標(biāo)作為時(shí)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(guò)主成分分析(PCA)得到經(jīng)過(guò)線(xiàn)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(gè)葉片的溫度分布特征向量與基準(zhǔn)特征向量進(jìn)行對(duì)比并求出二者之間的相對(duì)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(cè)提供了研究基礎(chǔ)。
【圖文】：

最后進(jìn)行系數(shù)的疊加計(jì)算[39]。所以說(shuō)，SST格式的k-ω模型不僅提取了k-ω模處理壁面問(wèn)題時(shí)的一系列優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還引入了k-ε 模型來(lái)處理自由流問(wèn)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(chǎng)分析時(shí)，由于葉片的物理也有較多的壁面問(wèn)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(chǎng)分最優(yōu)選擇。.1.5 溫度場(chǎng)模擬流程要完成渦輪葉片溫度場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算工作，需要分別通過(guò)前處理器CFX Pre、求CFX Solver和后處理器CFX Post三個(gè)模塊按照順序依次完成各自的工作。1. 首先，通過(guò)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(chǎng)及求解器計(jì)算參數(shù)；2. 通過(guò)CFX Solver求解溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)并監(jiān)視溫度曲線(xiàn)的收斂過(guò)程；3. 通過(guò)CFX Post分析處理得到的計(jì)算結(jié)果。

第 2 章 葉片溫度場(chǎng)重構(gòu)及溫度分布特征分析原理采集設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)四部分構(gòu)成。在渦輪葉片測(cè)溫研究中，由于葉片需要時(shí)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(cè)溫法，由于不和待測(cè)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(cè)量高溫甚至超高溫物體，因此采用輻射測(cè)溫技術(shù)構(gòu)建傳感器部分。通過(guò)測(cè)溫探頭獲取被測(cè)物葉片表面輻射的光信號(hào)，由光電轉(zhuǎn)換部分將輻射光信號(hào)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)，再根據(jù)函數(shù)關(guān)系換算成溫度數(shù)據(jù)，然而通過(guò)光電轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)信號(hào)強(qiáng)度較為微弱，，因此需要再增設(shè)調(diào)理電路對(duì)微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大以及去噪濾波等操作；采集設(shè)備對(duì)調(diào)理板輸送的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化采樣，并將結(jié)果傳送至現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)作為負(fù)責(zé)顯示、數(shù)據(jù)計(jì)算、儲(chǔ)存以及后期處理的載體，是測(cè)溫系統(tǒng)的核心設(shè)備，渦輪葉片輻射測(cè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TK474.811

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本文編號(hào)：2705574