【摘 要】
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气膜冷却技术现如今广泛应用于燃气轮机的冷却中,其发展程度直接影响到燃气轮机的稳定和长期运行,在气膜冷却系统中采用创新的结构并选择最优参数,是提升气膜冷却效率最有效的方法,本文基于控制变量法与田口方法对平板以及带横向槽的气膜冷却结构进行数值研究。首先使用控制变量法,对比分析平板与带横向槽的气膜冷却结构的冷却效率以及流场结构,研究了不同吹风比、入射角以及孔间距的影响。结果发现带横向槽的气膜冷却会抑制C
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气膜冷却技术现如今广泛应用于燃气轮机的冷却中,其发展程度直接影响到燃气轮机的稳定和长期运行,在气膜冷却系统中采用创新的结构并选择最优参数,是提升气膜冷却效率最有效的方法,本文基于控制变量法与田口方法对平板以及带横向槽的气膜冷却结构进行数值研究。首先使用控制变量法,对比分析平板与带横向槽的气膜冷却结构的冷却效率以及流场结构,研究了不同吹风比、入射角以及孔间距的影响。结果发现带横向槽的气膜冷却会抑制CRVP的产生,在冷却射流出口处增大冷却射流的展向动量,减小其法向动量,使气膜在展向上的分布更均匀并且更加贴合壁面流动。平板气膜冷却效率随着吹风比的增大而减小,随着入射角的增大而增大,随着孔间距的减小而增大;带横向槽的气膜冷却随着吹风比的增大而增大,随着孔间距的减小而增大。还系统分析了横向槽的三种几何参数即孔间距S/D、横向槽高度H/D以及横向槽宽度W/D对冷却效率和流场结构的影响,结果表明,气膜冷却效率随着孔间距S/D的增大而减小,随着横向槽深度H/D的增大而增大,随着横向槽宽度W/D的增大略有减小。当流场发展稳定后,可以得出三个因素的最优参数分别为S/D=1.5,H/D=0.75,W/D=2.5。最后使用田口方法进行实验设计,优化了参数设计方案,大大减少了模拟次数,分别研究了平板气膜冷却的三个影响因素和带横向槽的气膜冷却的四个影响因素。通过比较K值与R值,得出在平板气膜冷却中,三种因素对平板气膜冷却效率的贡献率大小排序为:孔间距＞入射角＞吹风比;在带横向槽的气膜冷却中,四种因素对气膜冷却效率的贡献率大小排序为:孔间距＞横向槽深度＞吹风比＞入射角。
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