隨著渦輪進口溫度的不斷提升,對于渦輪葉片冷卻技術(shù)也提出了更高的要求。然而傳統(tǒng)的空氣冷卻技術(shù)需要從燃氣輪機的壓氣機中抽取高壓空氣用于其熱端部件的冷卻。隨著燃氣輪機技術(shù)的不斷發(fā)展,需要的冷卻空氣會進一步增加,這極大降低了壓氣機的效率也同時限制了燃氣輪機功率的提升。在此背景下,蒸汽冷卻技術(shù)應(yīng)運而生,并日益得到重視。本文針對若干種渦輪葉片中常用的冷卻結(jié)構(gòu)（包括平行肋、V形肋、倒V形肋擾流冷卻結(jié)構(gòu)）分別開展了蒸汽和空氣冷卻的傳熱實驗研究,并對研究對象建立了三維數(shù)值模型,利用數(shù)值結(jié)果對比了兩種冷卻介質(zhì)冷卻下的流動特征及壓力損失特性。在所有換熱結(jié)構(gòu)下蒸汽和空氣冷卻具有相近的努賽爾數(shù)分布特征,但蒸汽冷卻的傳熱性能明顯高于空氣冷卻。在相同雷諾數(shù)下,平行肋擾流結(jié)構(gòu)中蒸汽冷卻平均努賽爾數(shù)比空氣冷卻高約13%-24%;在V形肋和倒V形肋擾流結(jié)構(gòu)中,蒸汽冷卻比空氣冷卻平均努賽爾數(shù)高19%-28%;在消耗相同質(zhì)量流量時,蒸汽冷卻的優(yōu)勢進一步提升。蒸汽和空氣兩種冷卻介質(zhì)在同一冷卻通道中的流動特征較為相近,造成強化換熱的流動機理也基本一致。在相近雷諾數(shù)工況下,兩種冷卻介質(zhì)的壓力損失系數(shù)較為相近,而在消耗相同質(zhì)量流量冷... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

燃氣輪機循環(huán)比功率隨渦輪進口溫度的變化

學(xué)博士學(xué)位論文 第能；第三，研究新型的冷卻介質(zhì)來代替空氣對燃氣輪機高溫部1-2 詳細展示了隨著年代的發(fā)展，耐高溫葉片材料的發(fā)展以及冷渦輪進口溫度的提升所做的貢獻。由圖可見，金屬材料耐溫性進口溫度的提高所做出的貢獻有限，它的發(fā)展速度遠遠達不到展要求。在過去幾十年中，金屬材料以平均每年 8 C 的速度提發(fā)展卻可以使渦輪進口溫度每年提高 20 C。因此渦輪進口溫度冷卻技術(shù)的貢獻。隨著年代的發(fā)展，冷卻技術(shù)也朝著復(fù)雜化和

圖 1-3 高性能肋片結(jié)構(gòu)[21-23]Fig.1-4 High cooling performance rib structure1-23]提出了多種高性能冷卻肋片結(jié)構(gòu)，包括交叉肋肋，如圖 1-3 所示。研究結(jié)果表明，V 形肋可以其傳熱能力相對于傾斜肋片進一步得到增強，但。V 形間斷肋相對于 V 形肋來說，其傳熱能力有加相對較少，間斷肋具有較為明顯的傳熱優(yōu)勢。4]對十二種不同結(jié)構(gòu)的肋化通道進行了傳熱及壓力間斷 V 肋通道和三角肋化通道的傳熱性能最優(yōu)，其壓力損失相對較大，其換熱均勻性也明顯較差較小，也表現(xiàn)出較好的通道綜合傳熱特性。B. Sunden[25]對平行肋、V 形肋和倒 V 形肋進行了，平行肋化通道傳熱系數(shù)最低，其壓力損失在三 V 形肋通道表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分布特征規(guī)律相反，但肋通道，總體來說倒 V 肋通道綜合傳熱性能較差

【參考文獻】：
期刊論文
[1]具有柱肋陣列與分離式柱肋陣列的冷卻通道內(nèi)流阻與傳熱實驗研究[J]. 饒宇,李麟.  上海交通大學(xué)學(xué)報. 2014(06)
[2]狹縫寬度對分離式柱肋冷卻通道內(nèi)傳熱與流動影響的數(shù)值計算[J]. 李麟,饒宇,萬超一.  上海交通大學(xué)學(xué)報. 2014(06)
[3]2009-2013年新生產(chǎn)的28型燃氣輪機[J]. 吉桂明.  熱能動力工程. 2014(03)
[4]Flow and Heat Transfer Characteristics in Rotating Two-pass Channels Cooled by Superheated Steam[J]. WANG Wei,GAO Jianmin,XU Liang*,SHI Xiaojun State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China.  Chinese Journal of Aeronautics. 2012(04)
[5]熱障涂層對渦輪葉片冷卻效果影響的數(shù)值研究[J]. 王利平,張靖周,姚玉.  化工學(xué)報. 2012(S1)
[6]敷設(shè)熱障涂層氣冷葉片溫度分布數(shù)值研究[J]. 王利平,張靖周,姚玉.  航空動力學(xué)報. 2012(02)
[7]渦輪葉片尾緣梯形通道異形擾流柱流動換熱特性實驗[J]. 譚曉茗,胡訓(xùn)堯,張靖周.  航空動力學(xué)報. 2012(02)
[8]氣膜孔形狀對渦輪葉片氣膜冷卻影響的研究進展[J]. 李廣超,柏樹生,吳冬,張魏.  熱能動力工程. 2010(06)
[9]帶交錯肋結(jié)構(gòu)渦輪葉片復(fù)合通道的實驗[J]. 鄧宏武,譚艷,王佳仁,孫紀寧.  航空動力學(xué)報. 2010(09)
[10]燃氣輪機渦輪導(dǎo)向葉片渦流交錯肋冷卻技術(shù)研究[J]. 李俊山.  航空發(fā)動機. 2010(04)



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