透平動葉氣膜冷卻的實驗與數(shù)值研究
發(fā)布時間：2021-03-02 11:56
隨著燃氣輪機綜合性能的不斷提升,透平動葉進口溫度及落壓比越來越高,惡劣的工作環(huán)境使透平動葉的冷卻問題越來越受到關注。透平進口溫度的提高以及落壓比的增加,導致透平動葉熱負荷增大,葉頂泄漏流和動葉葉根端壁二次流結構變得更加復雜,從而增加了透平動葉葉身、葉頂和葉根端壁的冷卻難度。需要對冷卻結構進行改善及重新設計以提高葉片冷卻效果。提高氣膜冷卻效果是增加透平動葉綜合冷卻效果的有效途徑。以平板為簡化模型,通過實驗研究了垂直橫流對槽型擴張孔氣膜冷卻效果的影響。在垂直橫流條件下,對比研究了不同形狀的槽型截面孔的氣膜冷卻效果,提出垂直橫流影響下具有較高氣膜冷卻效果的新孔型。當垂直橫流存在時,氣膜孔下游出現(xiàn)非對稱反腎形渦系結構,氣膜冷卻效果低于大腔室供氣方式。當吹風比BR≥1.5時,面平均氣膜冷卻效果的降低量超過了22%。中等吹風比時,順流供氣方式下帶展向傾斜角的槽型擴張孔氣膜冷卻效果高于常規(guī)槽型擴張孔氣膜冷卻效果。這得益于展向傾斜孔在孔下游形成一對旋向相同強度相當?shù)膶u,該渦系結構增加了冷氣的附壁性能。通過實驗對比研究了槽型擴張孔與扇形孔在透平動葉葉身上的氣膜冷卻效果,同時研究了氣膜孔流向位置及密度比...
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)北京市
【文章頁數(shù)】：180 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
透平動葉
透平動葉氣膜冷卻的實驗與數(shù)值研究2（a）外部冷卻（b）內部冷卻圖1.1透平動葉典型冷卻方式[2]Figure1.1Typicalcoolingdesignofturbinerotorblade[2]圖1.2冷卻方式的改變對綜合冷卻效果的影響[3]Figure1.2Effectofcoolingmethodontheoverallcoolingeffectiveness[3]1.2透平動葉氣膜冷卻效果研究現(xiàn)狀1.2.1氣膜冷卻效果定義及影響因素低溫冷氣通過二維縫結構或者離散孔以一定角度從高溫部件表面流出，在高溫主流和壁面之間形成一層低溫氣膜，從而將高溫主流與壁面隔離開，對高溫部件起到冷卻作用。通常采用氣膜冷卻效果來衡量低溫冷氣對高溫部件的冷卻程度，其定義式為：=,,,（1.1）式中，T表示溫度，下標m、c和f分別表示主流、冷氣射流和氣膜，下標t
“腎形渦”結構[4]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Experimental Investigation on the Effect of Mainstream Turbulence on Full Coverage Film Cooling Effectiveness for a Turbine Guide Vane[J]. FU Zhongyi,ZHU Huiren,CHENG Lijian,JIANG Ru. Journal of Thermal Science. 2019(01)
[2]間隙位置和幾何對端壁冷卻性能的影響[J]. 祝培源,宋立明,李軍,豐鎮(zhèn)平. 航空學報. 2017(09)
[3]動靜干涉對渦輪轉子葉片氣膜冷卻的影響[J]. 李虹楊,鄭赟. 北京航空航天大學學報. 2016(01)
[4]燃氣輪機透平葉片傳熱和冷卻研究:端壁冷卻[J]. 楊星,劉釗,豐鎮(zhèn)平. 熱力透平. 2014(02)
[5]攻角對端壁縫隙泄漏流氣膜冷卻的影響[J]. 張揚,袁新. 工程熱物理學報. 2012(12)
[6]渦輪葉頂冷卻布置對葉頂傳熱冷卻性能的影響[J]. 王文三,唐菲,趙慶軍,徐建中. 工程熱物理學報. 2012(03)
[7]收縮-擴張形氣膜孔提高氣膜冷卻效率的機理研究[J]. 劉存良,朱惠人,白江濤. 航空動力學報. 2008(04)
博士論文
[1]高效異型氣膜冷卻結構流動與換熱特性研究[D]. 魏建生.西北工業(yè)大學 2018
[2]雙排離散孔氣膜冷卻效率疊加預測方法研究[D]. 孟通.西北工業(yè)大學 2018
[3]壓力梯度主流中圓-縫形孔氣膜冷卻特性研究[D]. 朱興丹.南京航空航天大學 2018
[4]渦輪葉片內冷結構對外部氣膜冷卻特性的影響研究[D]. 駱劍霞.西北工業(yè)大學 2015
[5]燃氣透平葉片氣膜冷卻設計及多場耦合分析[D]. 王湛.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2012
[6]燃氣輪機透平氣膜冷卻機理的實驗與理論研究[D]. 李佳.清華大學 2011
碩士論文
[1]復合冷卻及凹坑冷卻耦合傳熱研究[D]. 操郢.中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所) 2019
[2]非定常尾跡對動葉氣膜冷卻影響的數(shù)值分析[D]. 呂敏.東北電力大學 2012
[3]非定常尾跡對氣膜冷卻影響的數(shù)值研究[D]. 王成蔭.東北電力大學 2010
本文編號：3059218
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)北京市
【文章頁數(shù)】：180 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
透平動葉
透平動葉氣膜冷卻的實驗與數(shù)值研究2（a）外部冷卻（b）內部冷卻圖1.1透平動葉典型冷卻方式[2]Figure1.1Typicalcoolingdesignofturbinerotorblade[2]圖1.2冷卻方式的改變對綜合冷卻效果的影響[3]Figure1.2Effectofcoolingmethodontheoverallcoolingeffectiveness[3]1.2透平動葉氣膜冷卻效果研究現(xiàn)狀1.2.1氣膜冷卻效果定義及影響因素低溫冷氣通過二維縫結構或者離散孔以一定角度從高溫部件表面流出，在高溫主流和壁面之間形成一層低溫氣膜，從而將高溫主流與壁面隔離開，對高溫部件起到冷卻作用。通常采用氣膜冷卻效果來衡量低溫冷氣對高溫部件的冷卻程度，其定義式為：=,,,（1.1）式中，T表示溫度，下標m、c和f分別表示主流、冷氣射流和氣膜，下標t
“腎形渦”結構[4]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Experimental Investigation on the Effect of Mainstream Turbulence on Full Coverage Film Cooling Effectiveness for a Turbine Guide Vane[J]. FU Zhongyi,ZHU Huiren,CHENG Lijian,JIANG Ru. Journal of Thermal Science. 2019(01)
[2]間隙位置和幾何對端壁冷卻性能的影響[J]. 祝培源,宋立明,李軍,豐鎮(zhèn)平. 航空學報. 2017(09)
[3]動靜干涉對渦輪轉子葉片氣膜冷卻的影響[J]. 李虹楊,鄭赟. 北京航空航天大學學報. 2016(01)
[4]燃氣輪機透平葉片傳熱和冷卻研究:端壁冷卻[J]. 楊星,劉釗,豐鎮(zhèn)平. 熱力透平. 2014(02)
[5]攻角對端壁縫隙泄漏流氣膜冷卻的影響[J]. 張揚,袁新. 工程熱物理學報. 2012(12)
[6]渦輪葉頂冷卻布置對葉頂傳熱冷卻性能的影響[J]. 王文三,唐菲,趙慶軍,徐建中. 工程熱物理學報. 2012(03)
[7]收縮-擴張形氣膜孔提高氣膜冷卻效率的機理研究[J]. 劉存良,朱惠人,白江濤. 航空動力學報. 2008(04)
博士論文
[1]高效異型氣膜冷卻結構流動與換熱特性研究[D]. 魏建生.西北工業(yè)大學 2018
[2]雙排離散孔氣膜冷卻效率疊加預測方法研究[D]. 孟通.西北工業(yè)大學 2018
[3]壓力梯度主流中圓-縫形孔氣膜冷卻特性研究[D]. 朱興丹.南京航空航天大學 2018
[4]渦輪葉片內冷結構對外部氣膜冷卻特性的影響研究[D]. 駱劍霞.西北工業(yè)大學 2015
[5]燃氣透平葉片氣膜冷卻設計及多場耦合分析[D]. 王湛.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2012
[6]燃氣輪機透平氣膜冷卻機理的實驗與理論研究[D]. 李佳.清華大學 2011
碩士論文
[1]復合冷卻及凹坑冷卻耦合傳熱研究[D]. 操郢.中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所) 2019
[2]非定常尾跡對動葉氣膜冷卻影響的數(shù)值分析[D]. 呂敏.東北電力大學 2012
[3]非定常尾跡對氣膜冷卻影響的數(shù)值研究[D]. 王成蔭.東北電力大學 2010
本文編號：3059218
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