采用背盤射流冷卻技術(shù)對(duì)徑流式渦輪機(jī)熱負(fù)荷較大的區(qū)域進(jìn)行冷卻。采用氣熱耦合的方法,研究了該冷卻技術(shù)在預(yù)旋角為60°～120°內(nèi)對(duì)背盤冷卻特性的影響。結(jié)果表明:背盤射流冷卻可以大幅提高徑流渦輪背盤的冷卻效率;預(yù)旋角為60°時(shí)背盤冷卻效果最好,隨著預(yù)旋角的增加,背盤冷卻效果變差;相同徑向位置時(shí),冷卻系數(shù)在0.01～0.02,預(yù)旋角每增加15°,背盤平均冷卻效率約降低0.003,當(dāng)冷卻系數(shù)為>0.02～0.04時(shí),預(yù)旋角每增加15°,背盤平均冷卻效率降低0.016～0.050;冷卻流體流入渦輪主流流道后,渦輪機(jī)效率受到冷卻流體的影響而降低,當(dāng)預(yù)旋角為60°時(shí),冷卻流體對(duì)渦輪機(jī)效率影響最小。 

【文章來源】：動(dòng)力工程學(xué)報(bào). 2020,40(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

渦輪性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)原理圖

計(jì)算過程中采用氣熱耦合的方法,將渦輪固體的導(dǎo)熱考慮在計(jì)算模型內(nèi),可以更準(zhǔn)確地對(duì)渦輪冷卻特性進(jìn)行仿真計(jì)算。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該方法及其準(zhǔn)確性進(jìn)行了研究[11-15],結(jié)果表明氣熱耦合方法能較真實(shí)地反映實(shí)際冷卻特性。計(jì)算采用CFX16.0軟件,基于有限元的有限體積法及全隱式方法求解三維定常N-S方程。選取SST兩方程模型作為湍流模型,同時(shí)考慮到轉(zhuǎn)捩的影響,采用Gamma Theta Model轉(zhuǎn)捩模型,計(jì)算收斂標(biāo)準(zhǔn)為各項(xiàng)殘差降至10-6以下并不再變化。

分析以上現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,無冷卻時(shí),由于受到渦輪固體區(qū)域軸向傳熱及主流高溫氣體的直接沖擊,因此在渦輪背盤外緣溫度最高,熱量由背盤外緣沿徑向向內(nèi)傳遞,背盤溫度沿徑向逐漸降低。有冷卻時(shí),冷卻氣體直接沖擊冷卻外緣熱負(fù)荷較大的區(qū)域,帶走了背盤外緣的熱量,阻礙了熱量沿徑向向內(nèi)傳遞,同時(shí)通過對(duì)流冷卻帶走了盤內(nèi)的熱量,因此盤面的總體溫度降低。由于高轉(zhuǎn)速工況下,渦輪轉(zhuǎn)盤的線速度明顯高于射流速度,射流沖擊的靶面滯止區(qū)向下偏轉(zhuǎn),導(dǎo)致低冷卻區(qū)域在背盤正對(duì)射流孔區(qū)域下游(沿旋轉(zhuǎn)方向)。背盤表面對(duì)應(yīng)9個(gè)葉片流道,其表面溫度較高的區(qū)域恰好對(duì)應(yīng)葉片葉根位置,這主要是因?yàn)闇u輪葉片與主流氣體的接觸面積較大,吸入的熱量較多,使得渦輪葉片在相應(yīng)的背盤位置更難冷卻。氣體沿主流流道不斷膨脹,使氣體的焓不斷減小,導(dǎo)致沿流動(dòng)方向的葉片溫度不斷降低,當(dāng)有冷卻時(shí)冷卻氣體與主流氣體摻混加劇了焓的降低程度。圖3 不同冷卻系數(shù)下的渦輪背盤平均冷卻效率和葉尖最低冷卻效率

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3015476