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  本文關(guān)鍵詞：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)三維多場(chǎng)耦合數(shù)值仿真的數(shù)學(xué)模型，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）》 2012年

燃?xì)馔钙絼?dòng)葉閉式蒸汽冷卻方法研究

李鵬  

【摘要】：燃?xì)廨啓C(jī)作為一種重要的動(dòng)力設(shè)備,廣泛應(yīng)用于航空推進(jìn)、地面發(fā)電以及其他工業(yè)領(lǐng)域。提高透平進(jìn)口溫度是增加燃?xì)廨啓C(jī)熱效率的重要手段,但受限于葉片耐高溫材料的發(fā)展,先進(jìn)冷卻技術(shù)的應(yīng)用成為提高透平進(jìn)口溫度的主要手段。閉式蒸汽冷卻技術(shù)使用熱物性更優(yōu)的過熱蒸汽,通過葉片內(nèi)部的閉式流路對(duì)葉片進(jìn)行冷卻,相比空氣冷卻,減少了冷氣的使用量,避免了冷氣與主流的摻混損失,有利于提高機(jī)組的熱效率。公開的文獻(xiàn)中葉片閉式蒸汽冷卻整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料較少,本文的目的在于實(shí)現(xiàn)對(duì)某重型燃?xì)廨啓C(jī)透平動(dòng)葉的閉式蒸汽冷卻改型設(shè)計(jì)。 利用C3X葉片換熱實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),運(yùn)用商業(yè)軟件CFX進(jìn)行了氣熱耦合數(shù)值模擬校核,分析了不同湍流模型、冷卻通道冷氣進(jìn)口湍流度等因素對(duì)耦合計(jì)算結(jié)果的影響。結(jié)果表明,氣熱耦合計(jì)算能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)葉柵通道的流動(dòng)情況,受湍流模型影響較小,也能預(yù)測(cè)葉片換熱情況,但受湍流模型影響較大�？紤]轉(zhuǎn)捩流動(dòng)特性的SSTγ-θ轉(zhuǎn)捩模型對(duì)葉片換熱的預(yù)測(cè)結(jié)果相比更為接近實(shí)驗(yàn)值,能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)葉片吸力面上邊界層的轉(zhuǎn)捩流動(dòng)現(xiàn)象對(duì)葉片表面換熱的影響,但其仍然存在預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)捩位置靠后等問題。冷卻通道冷氣進(jìn)口湍流度對(duì)透平葉片氣熱耦合換熱計(jì)算的準(zhǔn)確性具有較大影響。在冷卻通道壁面上施加冷氣溫度和換熱系數(shù)的第三類熱邊界條件,可以將C3X直葉柵三維氣熱耦合模擬轉(zhuǎn)化為二維耦合計(jì)算,節(jié)省計(jì)算資源。但通過換熱系數(shù)準(zhǔn)則關(guān)系式獲取的換熱系數(shù)值偏大,換熱計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性降低。 透平動(dòng)葉因葉頂間隙的存在而呈現(xiàn)出與靜葉有所差異的流動(dòng)和換熱特性,在對(duì)GE-E3平面葉柵葉頂換熱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬校核的基礎(chǔ)上,數(shù)值研究了透平實(shí)際旋轉(zhuǎn)工作環(huán)境中,4種不同葉頂結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)葉頂部的流動(dòng)和換熱的影響。通過分析葉頂間隙泄漏流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、葉片壓力分布以及通道中的損失、出口氣流角等情況,發(fā)現(xiàn)葉頂結(jié)構(gòu)的不同使得泄漏流場(chǎng)結(jié)構(gòu)不同,引起流出間隙的泄漏渦與通道馬蹄渦也不盡相同,進(jìn)而改變了吸力面上葉頂附近的壓力分布以及通道中的損失等情況,其中凹槽結(jié)構(gòu)所具有的損失最小,密封性能也最好。葉頂表面換熱系數(shù)分布與葉頂間隙內(nèi)的流動(dòng)相對(duì)應(yīng)。相比平葉頂結(jié)構(gòu),葉頂肩壁結(jié)構(gòu)的使用降低了葉頂?shù)钠骄鶕Q熱系數(shù),其中吸力面肩壁結(jié)構(gòu)表現(xiàn)最好,但肩壁表面的換熱系數(shù)也通常較高。分析葉片外表面的換熱系數(shù)分布,發(fā)現(xiàn)葉頂具有整個(gè)葉片表面最強(qiáng)的換熱,在動(dòng)葉冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)予以足夠重視。 對(duì)具有復(fù)雜冷卻結(jié)構(gòu)的原型空氣冷卻動(dòng)葉進(jìn)行了整體氣熱耦合計(jì)算,分析了葉片葉頂附近的流動(dòng)和葉片的換熱特性,表明原型氣冷結(jié)構(gòu)基本能夠?yàn)樵撊~片提供較好的保護(hù)。根據(jù)葉片表面熱載荷的分布,對(duì)該葉片進(jìn)行了閉式蒸汽冷卻初始改型設(shè)計(jì),針對(duì)初始設(shè)計(jì)中存在的問題,相應(yīng)的給出改進(jìn)設(shè)計(jì),結(jié)果表明,采用平葉頂、內(nèi)部為蛇形通道和尾緣多排錯(cuò)列柱肋結(jié)構(gòu)的閉式結(jié)構(gòu)能夠滿足葉片閉式蒸汽冷卻要求,同時(shí)能夠提高透平的氣動(dòng)性能。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TK471
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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6 伍兵;陳永;趙克文;楊素波;嚴(yán)學(xué)模;李茂林;張大德;王地君;黎建全;張均祥;;攀鋼弧形板坯連鑄機(jī)二冷狀況的研究[A];1999中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集（上）[C];1999年

7 韓志濤;姚楊;;空氣源熱泵冷熱水機(jī)組空氣側(cè)換熱器換熱系數(shù)的計(jì)算方法[A];全國(guó)暖通空調(diào)制冷2002年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2002年

8 徐峰;郭烈錦;白博峰;;超臨界壓力下管內(nèi)層流換熱的數(shù)值模擬[A];第六屆全國(guó)低溫與制冷工程大會(huì)會(huì)議論文集[C];2003年

9 王希靖;包孔;韓曉輝;郭瑞杰;;2A12與5A02攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)模擬分析比較[A];第六屆21世紀(jì)中國(guó)焊接技術(shù)研討會(huì)暨第四屆計(jì)算機(jī)在焊接中的應(yīng)用交流會(huì)論文�？痆C];2004年

10 董亮;郭隱彪;;空調(diào)冷水機(jī)組參數(shù)的分析[A];福建省科協(xié)第四屆學(xué)術(shù)年會(huì)提升福建制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略思考專題學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 特約記者 張爾塞;[N];中國(guó)船舶報(bào);2000年

2 ;[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2005年

3 由航天航空學(xué)院鄭泉水教授、黃克智院士完成 由材料系黃勇教授等完成 由計(jì)算機(jī)系張堯?qū)W教授等完成 由精儀系殷純永教授與天津大學(xué)葉聲華院士等合作完成 由航天航空學(xué)院過增元院士等與山東大學(xué)合作完成 由精儀系、精華同方光盤股份有限公司副研究員裴京等完成 由土木系聶國(guó)教授等與中南大學(xué)合作完成;[N];新清華;2005年

4 張欣欣 馮妍卉 姜澤毅;[N];中國(guó)冶金報(bào);2007年

5 中信建投 楊偉;[N];證券時(shí)報(bào);2006年

6 文濤;[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2000年

7 春華;[N];中國(guó)信息報(bào);2000年

8 胡堯和;[N];科技日?qǐng)?bào);2000年

9 記者 孟朝紅 姜小毛;[N];中國(guó)化工報(bào);2005年

10 記者 魏雙林;[N];中國(guó)冶金報(bào);2004年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張超;燃?xì)馔钙綄?dǎo)葉氣熱耦合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2012年

2 張洪;燃?xì)馔钙饺~片冷卻通道及葉頂間隙流動(dòng)和換熱研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

3 萬飛;立式連續(xù)熱處理爐帶鋼加熱與冷卻數(shù)學(xué)模型理論研究與應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2011年

4 趙蔚琳;高溫?zé)峁艹嵝阅芗捌鋸?qiáng)化傳熱過程的研究[D];南京工業(yè)大學(xué);2004年

5 陶毓伽;大功率固體激光器冷卻研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2010年

6 王振峰;邊界元法在氣熱耦合計(jì)算及冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 王振峰;邊界元法在氣熱耦合計(jì)算及冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

8 溫志偉;基于數(shù)值分析的大型同步電機(jī)內(nèi)溫度場(chǎng)的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（電工研究所）;2006年

9 田曉虎;平行流冷凝器空氣側(cè)換熱性能和壓降的CFD仿真及試驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2007年

10 全曉軍;硅基梯形微通道內(nèi)水蒸汽凝結(jié)換熱特性及等溫同向噴射流研究[D];上海交通大學(xué);2008年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 邢磊;基于瞬態(tài)法的界面接觸換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2010年

2 李鵬;燃?xì)馔钙絼?dòng)葉閉式蒸汽冷卻方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2012年

3 鄭澤花;鋼淬火換熱系數(shù)計(jì)算及溫度與微觀組織模擬[D];大連理工大學(xué);2010年

4 李彩文;6xxx鋁合金在線淬火換熱系數(shù)及數(shù)值模擬研究[D];中南大學(xué);2011年

5 劉斌;噴淋和浸沒對(duì)高溫鋼板冷卻特性影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2012年

6 胡軍華;高溫深礦井風(fēng)流熱濕交換及配風(fēng)量的計(jì)算[D];山東科技大學(xué);2004年

7 張慶磊;異形斷面型鋼加熱冷卻換熱規(guī)律及試驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2012年

8 王曉艷;水平蛇形管內(nèi)傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究[D];山東理工大學(xué);2011年

9 鄭光華;高壓渦輪盤腔內(nèi)換熱的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2004年

10 孫強(qiáng);連續(xù)熱鍍鋅帶鋼的穩(wěn)定傳輸、傳熱及組織轉(zhuǎn)變行為研究[D];上海交通大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)三維多場(chǎng)耦合數(shù)值仿真的數(shù)學(xué)模型，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：181021