本文關(guān)鍵詞：氣膜冷卻冷氣孔參數(shù)對渦輪性能的影響研究

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【摘要】：燃?xì)廨啓C(jī)作為核心機(jī)的葉輪機(jī)械應(yīng)用廣泛于航空發(fā)動機(jī)、重型燃機(jī)、船用燃機(jī)等方面，對于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國家領(lǐng)土領(lǐng)空保護(hù)具有重要的意義。在現(xiàn)今渦輪的高推力和熱效率的共同需求下，根據(jù)燃機(jī)熱循環(huán)可知，渦輪前燃?xì)鉁囟刃枰蠓忍岣�，渦輪部件也因此面臨高溫高壓的問題。氣膜冷卻作為先進(jìn)冷卻技術(shù)的代表，在渦輪的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，以保證渦輪的高溫部件的使用壽命和可靠性。當(dāng)今高性能渦輪發(fā)動機(jī)的進(jìn)口溫度已經(jīng)達(dá)到2200K以上，氣膜冷卻使用的冷氣量也達(dá)到了主流的20%以上，對流道中三維流場的氣動和傳熱性能產(chǎn)生很大影響。本文的主要工作是對航空發(fā)動機(jī)的高壓渦輪的動靜葉氣膜冷卻孔參數(shù)進(jìn)行研究，分析不同的參數(shù)對渦輪氣動性能和傳熱特性的影響程度。 本文主要研究渦輪葉片的氣膜冷卻對氣動傳熱性能的影響，主要分為兩部分：渦輪葉片的靜葉氣膜冷卻數(shù)值研究和渦輪葉片的動葉氣膜冷卻數(shù)值研究。分別從冷氣孔空間位置、冷氣主流動量比、冷氣孔入射角度、冷氣孔徑向角度等幾個(gè)方面對主流的影響進(jìn)行研究，分析了渦量在流道不同情況下的分布和演變，以及卵形渦與通道渦的相互作用，最后總結(jié)了各因素對渦輪的性能影響強(qiáng)弱。 文章的研究應(yīng)用參數(shù)化建模方式，一是減少了網(wǎng)格生成的工作量，二是保持了網(wǎng)格的疏密一致性。首先對數(shù)值模擬的湍流模型進(jìn)行了分析對比，采用轉(zhuǎn)捩的SST湍流模型數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)匹配較好，故后文采用該湍流模型進(jìn)行模擬。并對網(wǎng)格的無關(guān)性進(jìn)行了探討，以保證計(jì)算結(jié)果的精確性和可靠性。 通過對靜葉的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析，表明冷卻孔的空間位置對葉片表面的最高溫度有很大影響。當(dāng)駐點(diǎn)在壓力面時(shí)，冷氣孔布置在偏壓力側(cè)1.5D的位置，不但最高溫度降幅大，而且葉片整體冷卻效果同樣最高，然而導(dǎo)致的葉柵的氣動效率相比最低，表明前緣冷卻位置在增加冷卻效果的同時(shí)不可避免的降低氣動效率，即前緣位置冷卻效果和氣動性能不可兼得。冷氣主流動量比的改變使得葉片表面溫度場變化很大，前緣冷氣量增大，葉柵氣動效率降低，局部冷卻效果變差，但是總體冷卻效果提升。葉柵的流量的增量僅為冷氣增量的1/4，表明大冷氣量在吸力面后部堆積，阻塞喉部面積，使流量減小。入射角度的減小，前緣局部區(qū)域溫度降低，在駐點(diǎn)偏壓力側(cè)1.5倍孔徑的位置入射角度為45°的冷卻效果最佳。在前緣局部區(qū)域，冷氣孔向上噴射的葉片表面平均溫度最低，冷氣在葉頂?shù)睦鋮s效果相比葉根更加明顯。 最后對動葉的數(shù)值模擬進(jìn)行對比分析，討論各影響因素對渦輪性能的影響。結(jié)果表明，動葉前緣冷氣孔對空間位置更加敏感，由于動葉的扭曲比較明顯，冷氣孔的空間位置變化使前緣局部溫度呈周期性的波動，因此上下冷氣孔的空間位置應(yīng)分段分布，以保證冷氣孔達(dá)到良好的冷卻效率。隨著前緣冷氣主流動量比的增加，葉柵氣動效率隨之提高，出口流量的增加量大于冷氣的增加量，表明動量比對主流的影響很明顯。但是同樣，增大動量比對葉片表面最高溫度并沒有影響，前緣的局部溫度也隨著動量比的增加而增大，說明動量比過大冷氣無法有效的覆蓋在葉片的表面。在吸力面后部區(qū)域，冷氣孔徑向角度對氣動效率和冷卻效果影響很小，，在葉頂部分的徑向角度越大，冷氣孔后的冷卻效果越差；在葉根部分的冷氣孔徑向角度越小，冷氣孔后的冷卻效果越好。吸力面通道渦后部增設(shè)冷氣孔氣動效率僅在葉頂處有小幅降低，通道渦與冷氣孔的相互作用成為了氣動效率降低的主要原因，但是葉根部分溫度的降低值大于葉頂部分。
【關(guān)鍵詞】：氣膜冷卻 冷氣孔 渦輪 性能
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：V232.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 課題來源11
• 1.2 研究背景與意義11-13
• 1.3 氣冷渦輪冷卻技術(shù)概述13-14
• 1.4 氣膜冷卻技術(shù)發(fā)展概述14-18
• 1.4.1 氣膜冷卻研究進(jìn)展14-15
• 1.4.2 氣膜冷卻對渦輪傳熱性能的影響15-17
• 1.4.3 氣膜冷卻對渦輪氣動性能的影響17-18
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 數(shù)值計(jì)算方法20-27
• 2.1 引言20
• 2.2 湍流模型計(jì)算分析驗(yàn)證20-22
• 2.3 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證22-23
• 2.4 三維數(shù)值模擬23-26
• 2.4.1 數(shù)值軟件簡介23
• 2.4.2 計(jì)算模型介紹23-25
• 2.4.3 邊界條件處理25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 高壓渦輪靜葉冷卻對性能的影響分析27-56
• 3.1 引言27
• 3.2 數(shù)值模擬方案27-30
• 3.3 靜葉前緣單列冷氣空間位置對渦輪性能的影響30-36
• 3.4 靜葉前緣單列冷氣不同動量比對渦輪性能的影響36-44
• 3.5 靜葉前緣單列冷氣入射角度對渦輪性能的影響44-49
• 3.6 靜葉前緣單列冷氣徑向角度對渦輪性能的影響49-54
• 3.7 本章小結(jié)54-56
• 第4章 高壓渦輪動葉冷卻對性能的影響分析56-81
• 4.1 引言56
• 4.2 數(shù)值模擬方案56-59
• 4.3 動葉前緣單列冷氣不同空間位置對渦輪性能的影響59-65
• 4.4 動葉前緣單列冷氣不同動量比對渦輪性能的影響65-71
• 4.5 動葉吸力面后部冷氣徑向角度對渦輪性能的影響71-75
• 4.6 動葉吸力面后部冷氣相互作用對渦輪性能的影響75-79
• 4.7 本章小結(jié)79-81
• 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果88-90
• 致謝90-91
• 個(gè)人簡歷91

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 康順;;冷卻孔附近三維流動的結(jié)構(gòu)[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2006年05期

2 蔣雪輝,趙曉路;非定常尾跡對葉片頭部氣膜冷卻的影響[J];航空動力學(xué)報(bào);2005年04期

本文編號：524268