本文關(guān)鍵詞：冷卻氣流對渦輪葉柵氣動特性影響的數(shù)值研究

  更多相關(guān)文章： 數(shù)值計算 氣膜冷卻 尾緣劈縫 氣動特性 摻混損失 吹風比

【摘要】：燃氣輪機壓比與渦輪入口溫度不斷提升,對渦輪葉片的冷卻技術(shù)提出了更高的要求。氣膜冷卻技術(shù)能夠在高熱負荷下有效地保護葉片,但氣膜射流與主流之間的摻混是渦輪氣動損失的重要來源。本文以兩組渦輪葉柵為對象,數(shù)值研究了葉身氣膜孔與尾緣劈縫冷氣噴射的流動特性,揭示了幾何與流動參數(shù)對摻混過程與葉柵氣動損失的影響規(guī)律。在以渦輪導(dǎo)葉平面葉柵為對象,考察尾緣劈縫的冷氣噴射對葉柵氣動性能影響的研究中,分析了葉柵氣動損失隨冷氣吹風比、劈縫寬度變化的特性。結(jié)果表明總壓損失隨吹風比與劈縫寬度增大而降低;熱力學能損失則隨吹風比增大而升高,隨劈縫寬度增大的變化規(guī)律與吹風比大小相關(guān)。以串列級環(huán)形葉柵為對象研究渦輪導(dǎo)葉尾緣劈縫的冷氣噴射對下游動葉柵氣動特性的影響,表明動葉柵進出口流場的周向不均勻性可隨吹風比增大得到改善。在以渦輪動葉的環(huán)形葉柵為對象的研究中,考察了無氣膜冷卻的葉型氣動特性及來流攻角對氣動損失的影響規(guī)律。對比有無葉身氣膜冷卻摻混對葉柵氣動性能的影響,表明帶氣膜冷卻的氣動損失比無氣膜冷卻時偏小。為了分析動葉帶氣膜冷卻時的氣動特性受主流與冷氣流氣動參數(shù)影響的規(guī)律,分別研究了來流攻角、轉(zhuǎn)速與冷氣入口壓力對葉柵損失與氣膜冷卻效率的影響,表明氣動損失隨吹風比增加先減后增。對氣膜冷卻摻混影響葉柵氣動特性的研究,可為相關(guān)的實驗研究與渦輪葉片冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)值計算 氣膜冷卻 尾緣劈縫 氣動特性 摻混損失 吹風比
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK473
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 燃氣輪機氣膜冷卻的理論背景10-13
• 1.2 氣膜冷卻傳熱特性研究13-16
• 1.3 有/無氣膜冷卻葉柵的損失模型16-20
• 1.4 渦輪葉片氣膜及劈縫冷卻氣流對葉柵的氣動影響20-23
• 1.4.1 不同損失系數(shù)定義及應(yīng)用20-21
• 1.4.2 氣膜冷卻對氣動損失影響的研究21-22
• 1.4.3 尾緣冷氣對葉柵氣動性能的研究22
• 1.4.4 小結(jié)22-23
• 1.5 本文主要工作23-24
• 第二章 帶尾緣劈縫冷氣噴射的渦輪平面葉柵氣動特性研究24-51
• 2.1 引言24
• 2.2 低壓渦輪導(dǎo)葉的平面葉柵試驗24-32
• 2.2.1 試驗裝置與方法24-28
• 2.2.2 試驗結(jié)果與分析28-32
• 2.3 低壓渦輪導(dǎo)葉帶尾緣劈縫噴氣的數(shù)值計算32-35
• 2.3.1 數(shù)值計算幾何模型32-34
• 2.3.2 數(shù)值計算湍流模型34-35
• 2.4 尾緣劈縫冷氣對葉柵下游流場影響35-49
• 2.4.1 吹風比對葉柵下游氣動性能影響36-43
• 2.4.2 劈縫槽寬度對葉柵氣動性能的影響43-47
• 2.4.3 吹風比與劈縫寬度的綜合影響47-49
• 2.5 本章小結(jié)49-51
• 第三章 尾緣劈縫冷氣對環(huán)形串列級葉柵氣動特性的影響51-68
• 3.1 引言51
• 3.2 環(huán)形葉柵的設(shè)計與建模51-57
• 3.2.1 設(shè)計工況51-54
• 3.2.2 實驗工況54-55
• 3.2.3 環(huán)形葉柵實驗段及計算域設(shè)計55-57
• 3.3 環(huán)形葉柵無尾緣劈縫的氣動特性57-63
• 3.3.1 數(shù)值模擬的網(wǎng)格和湍流模型57-59
• 3.3.2 上游尾跡對下游動葉氣動特性的影響59-61
• 3.3.3 馬赫數(shù)變化對尾跡及下游動葉葉柵特性的影響61-63
• 3.4 尾緣劈縫對環(huán)形葉柵氣動特性的影響63-66
• 3.4.1 導(dǎo)葉尾緣劈縫結(jié)構(gòu)與工況63-64
• 3.4.2 總壓損失系數(shù)周向分布64-65
• 3.4.3 馬赫數(shù)及總壓在中間葉高流道的分布65-66
• 3.5 本章小結(jié)66-68
• 第四章 來流攻角對無冷氣動葉柵氣動特性的影響68-83
• 4.1 引言68
• 4.2 設(shè)計工況下的動葉柵氣動特性分析68-74
• 4.2.1 設(shè)計工況的確定68-69
• 4.2.2 模型選擇及網(wǎng)格劃分69-70
• 4.2.3 動葉柵的氣動特性分析70-74
• 4.3 來流攻角對動葉柵的氣動特性影響74-81
• 4.3.1 來流變攻角對葉柵流道靜壓分布的影響77
• 4.3.2 來流變攻角對葉根及葉頂截面流場的影響77-79
• 4.3.3 來流變攻角對葉柵出口總壓損失的影響79-81
• 4.4 本章小結(jié)81-83
• 第五章 氣膜冷卻對動葉環(huán)形葉柵氣動特性的影響83-106
• 5.1 引言83
• 5.2 數(shù)值計算的模型83-91
• 5.2.1 葉片冷卻結(jié)構(gòu)的幾何模型83-85
• 5.2.2 網(wǎng)格劃分及湍流模型選擇85
• 5.2.3 帶氣膜冷卻葉柵的氣動特性分析85-91
• 5.3 變攻角對帶氣膜冷卻葉柵氣動特性的影響91-93
• 5.4 變轉(zhuǎn)速對帶氣膜冷卻葉柵氣動特性的影響93-96
• 5.5 變冷氣量對帶氣膜冷卻葉柵氣動特性的影響96-104
• 5.5.1 前緣冷氣入口的冷氣量對葉柵氣動特性的影響96-99
• 5.5.2 中間冷氣入口的冷氣量對葉柵氣動特性的影響99-102
• 5.5.3 尾緣冷氣入口的冷氣量對葉柵氣動特性的影響102-104
• 5.6 本章小結(jié)104-106
• 第六章 結(jié)論與展望106-108
• 6.1 結(jié)論106-107
• 6.2 完善與展望107-108
• 參考文獻108-111
• 致謝111-112
• 攻讀學位期間的學術(shù)成果112-114

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本文編號：915578