本文關(guān)鍵詞：燃?xì)鉁u輪葉片復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)與數(shù)值研究

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【摘要】：燃?xì)廨啓C(jī)自問(wèn)世以來(lái),被廣泛應(yīng)用于航空、航海以及能源電力行業(yè),為了獲得更高的推重比和效率,渦輪前入口溫度被不斷提高,目前已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)葉片材料所能承受的范圍,為了保證渦輪葉片的正常工作,提高其使用壽命,必須采用復(fù)雜的冷卻技術(shù)。復(fù)雜的冷卻方式導(dǎo)致葉片總體的結(jié)構(gòu)繁雜,模型的建立和修改耗費(fèi)大量時(shí)間,如何快速設(shè)計(jì)出滿足要求的冷卻結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。本文基于典型的氣冷渦輪葉片,提出了各種冷卻結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法,并對(duì)某型燃機(jī)一級(jí)導(dǎo)葉進(jìn)行了冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析了葉片各部位的流動(dòng)換熱情況。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中,本文將葉片整體結(jié)構(gòu)分解為冷卻通道、擾流肋、氣膜孔和沖擊孔幾個(gè)基本特征,利用MATLAB與UG二次開(kāi)發(fā)相結(jié)合的方法,編寫(xiě)了針對(duì)不同冷卻結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)程序,并詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)思路。利用本套程序,在進(jìn)行氣冷渦輪葉片的建模和修改時(shí),只需輸入相應(yīng)的幾何參數(shù)即可快速生成新的葉片結(jié)構(gòu),大大提高了設(shè)計(jì)效率。在對(duì)某型渦輪一級(jí)導(dǎo)葉的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,本文先對(duì)葉片進(jìn)行了只帶氣膜冷卻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),根據(jù)無(wú)冷卻結(jié)構(gòu)時(shí)葉片表面的溫度分布,確定出各排氣膜孔的位置,文中比較了葉片吸力面采用圓形、梯形和擴(kuò)張型孔時(shí)的流動(dòng)換熱情況,發(fā)現(xiàn)采用擴(kuò)張型孔時(shí)具有較好的冷卻效果,最終確定葉片的前緣和壓力面采用圓形孔,吸力面為擴(kuò)張型孔,尾部則采用劈縫的形式,并對(duì)葉片進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了葉片不同位置處氣膜孔的流動(dòng)換熱情況。結(jié)果表明,采用全氣膜覆蓋冷卻時(shí),葉片表面溫度已基本能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。之后又在全氣膜冷卻葉片的基礎(chǔ)上添加了沖擊和擾流冷卻結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)沖擊和擾流冷卻結(jié)構(gòu)能有效的提高葉片內(nèi)壁面的換熱系數(shù),使葉片整體的溫度得到進(jìn)一步降低,但在復(fù)合冷卻葉片中,氣膜冷卻起著決定性作用。
【關(guān)鍵詞】：燃?xì)鉁u輪 復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu) 參數(shù)化設(shè)計(jì) 氣熱耦合 數(shù)值研究
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TK473
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 緒論7-19
• 1.1 課題研究的背景及意義7-9
• 1.2 渦輪葉片冷卻技術(shù)概況9-15
• 1.2.1 渦輪葉片常用冷卻技術(shù)9-15
• 1.2.2 典型氣冷渦輪葉片結(jié)構(gòu)15
• 1.3 氣熱耦合數(shù)值研究15-16
• 1.4 參數(shù)化設(shè)計(jì)概述16-18
• 1.4.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法16-17
• 1.4.2 葉片參數(shù)化研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 第2章 數(shù)值計(jì)算方法及其驗(yàn)證19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 數(shù)值計(jì)算方法19-24
• 2.2.1 控制方程19-20
• 2.2.2 湍流模型20-22
• 2.2.3 離散化方法22-23
• 2.2.4 網(wǎng)格劃分23-24
• 2.3 CFD相關(guān)軟件介紹24-25
• 2.4 計(jì)算方法驗(yàn)證25-29
• 2.4.1 計(jì)算模型與邊界條件25-26
• 2.4.2 計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比26-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 渦輪冷卻葉片的參數(shù)化設(shè)計(jì)30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 葉片外形及冷卻通道的參數(shù)化設(shè)計(jì)30-33
• 3.3 擾流冷卻結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)33-37
• 3.4 氣膜和沖擊冷卻結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)37-41
• 3.4.1 氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)37-40
• 3.4.2 沖擊冷卻結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 全氣膜覆蓋冷卻葉片的數(shù)值研究42-62
• 4.1 引言42
• 4.2 無(wú)氣膜冷卻葉片的數(shù)值研究42-44
• 4.3 葉片冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模型建立44-52
• 4.3.1 葉片前緣冷卻結(jié)構(gòu)44-45
• 4.3.2 葉片中部冷卻結(jié)構(gòu)45-51
• 4.3.3 葉片尾緣冷卻結(jié)構(gòu)51
• 4.3.4 計(jì)算模型的建立與網(wǎng)格劃分51-52
• 4.4 計(jì)算結(jié)果分析52-61
• 4.4.1 葉片整體溫度分析52-54
• 4.4.2 葉片前緣流動(dòng)及冷卻分析54-58
• 4.4.3 葉片中部、尾緣冷卻效果分析58-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 復(fù)合冷卻葉片的數(shù)值研究62-73
• 5.1 復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與網(wǎng)格劃分62-66
• 5.2 改型前后溫度對(duì)比66-68
• 5.3 沖擊對(duì)流冷卻的效果分析68-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：618757