本文關鍵詞：姊妹孔氣膜冷卻效率的研究

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【摘要】：燃氣輪機在航空、陸用發(fā)電和各種工業(yè)領域中有著廣泛的應用,渦輪入口溫度已經遠高于葉片材料的熔點,燃氣輪機熱效率和輸出功率隨著透平進口溫度的提高而增加。準確預估氣膜冷卻效果對渦輪葉片的設計起著至關重要的作用。影響氣膜冷卻的因素很多,孔型的影響尤為顯著。復雜的異型孔冷卻效率有大幅度的提高,但是由于受加工工藝與費用的限制,圓柱型冷卻孔依舊廣泛應用；因此,找到一種既可以提高氣膜隔熱效果又不增加氣膜孔的加工難度的氣膜孔孔型,是當今一項重要的課題。 本文利用FLUENT軟件對Navier-Stokes方程進行求解,采用Realizableκ-ε模型,基于SIMPLE算法,采用有限體積法對控制方程進項離散,方程的離散項采用二階迎風格式,研究了姊妹孔夾角角度對氣膜冷卻的影響,以及最佳角度下的姊妹孔結構和單入雙出孔氣膜冷卻的優(yōu)劣性。 結果表明：姊妹孔提高冷卻效率的方式主要是通過兩個次孔產生的渦旋結構和主孔渦旋結構相互作用,將被抬起的射流中心向橫向方向拉拽,破壞反向對渦旋,將升力變?yōu)檎瓜蚶?既提高了射流貼壁性又提高了展向覆蓋面積。姊妹孔相對于其他復雜異型孔來說,更便于加工,而且可以大幅度提高氣膜冷卻效率,在實際生產中有很大的應用前景。姊妹孔相對于圓柱孔可以大幅度提高冷卻效率隨著吹風比增大,不同夾角姊妹孔冷卻效率差別愈加明顯。綜合考慮近孔區(qū)域冷卻效率和遠孔區(qū)域冷卻效率,姊妹孔最佳夾角角度是30°,其下游延伸和橫向覆蓋面積都比其他兩種情況大。 姊妹孔30°與單入雙出孔相同開孔率條件下比較得出：主流方向在近孔區(qū)域姊妹孔冷卻效率高于單入雙出孔,且隨著吹風比的增大優(yōu)勢更加明顯,但是由于射流貼附壁面較早,射流和主流摻混引起動量損失,到遠孔區(qū)域以后,姊妹孔冷卻效率稍稍下降,小于單入雙出孔；姊妹孔平板橫向近孔區(qū)域氣膜層分布較均勻,單入雙出孔遠孔區(qū)域由于主孔、次孔射流速度差引起氣膜層偏移,導致平板一側冷卻效果好,另一側冷卻效果欠佳；吹風比較小時單入雙出孔冷卻效果較佳，大吹風比下姊妹孔優(yōu)勢明顯。
【關鍵詞】：姊妹孔 單入雙出孔 數值模擬 氣膜冷卻
【學位授予單位】：東北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK473
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 主要符號表10-12
• 目錄12-14
• 第1章 緒論14-21
• 1.1 課題背景及意義14-17
• 1.2 氣膜冷卻國內外研究現狀17-20
• 1.2.1 氣膜冷卻孔形的實驗研究17-18
• 1.2.2 氣膜冷卻孔形的數值模擬18-20
• 1.3 主要研究內容20-21
• 第2章 數值計算方法和模型21-32
• 2.1 基本控制方程21-24
• 2.1.1 質量守恒方程22
• 2.1.2 動量守恒方程22-23
• 2.1.3 能量守恒方程23-24
• 2.2 控制方程的離散方法24-25
• 2.2.1 離散化的目的24
• 2.2.2 常用離散化方法24-25
• 2.3 常用的離散格式25-26
• 2.3.1 中心差分格式25
• 2.3.2 一階迎風格式25-26
• 2.3.3 二階迎風格式26
• 2.3.4 QUICK 格式26
• 2.4 湍流模型26-31
• 2.4.1 標準k-ε湍流模型26-28
• 2.4.2 標準壁面函數法28-29
• 2.4.3 RNGk k-ε 模型29-30
• 2.4.4 Realizablek k-ε模型30-31
• 2.5 計算方法31-32
• 第3章 姊妹孔平板氣膜冷卻效率的數值模擬32-41
• 3.1 物理模型與數值計算方法32-36
• 3.1.1 幾何模型和網格劃分32-34
• 3.1.2 數值方法及邊界條件34-35
• 3.1.3 參數定義35-36
• 3.2 計算結果和討論36-40
• 3.2.1 吹風比 M=1.5 時不同截面渦量等值線分布36-38
• 3.2.2 不同夾角底面中心線冷卻效率比較38-39
• 3.2.3 吹風比 M=1.5 時不同姊妹孔夾角平板冷卻效率云圖39-40
• 3.3 本章小結40-41
• 第4章 姊妹孔與單入雙出孔平板氣膜冷卻效率的數值模擬41-49
• 4.1 物理模型和數值計算方法41-43
• 4.1.1 幾何模型41-42
• 4.1.2 流場區(qū)域和邊界條件42-43
• 4.1.3 數值計算方法和參數定義43
• 4.2 結果分析43-48
• 4.2.1 主流方向孔后中心線冷卻效率43-46
• 4.2.2 橫向冷卻效率46
• 4.2.3 流場分析46-48
• 4.2.4 加工工藝分析48
• 4.3 本章小結48-49
• 結論49-51
• 參考文獻51-54
• 發(fā)表學術論文情況54-55
• 致謝55

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：886716