多级压气机湿压缩及叶片水蚀研究

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燃气轮机具有很多优点,已经在很多领域得到了广泛的应用。但是在进气温度比较高时,燃气轮机暴露出性能下降的不足,降低进气温度有很多方法,其中湿压缩就是一种有效的手段。湿压缩是在压气机入口或级间喷入雾化的冷却液体,喷入的液滴弥散在被压缩的气体中,与气体进行热量和质量的传递,由于液滴蒸发需要从气体中吸收大量的热,所以气体在被压缩的同时温度又降下来,使压缩过程更接近于一个等温过程,这样压气机耗功就低于绝热压缩功,压气机出口气体温度明显低于不喷雾压缩时的温度。冷却液体还可以使燃烧产物中氮氧化物的生成量降低,减少环境污染。本文采用CFD软件模拟水滴在压气机中的湿压缩过程,通过截取压气机前六级叶’片中截面进行二维建模,模型由进口区域、各个叶片流道区域和出口区域组成,流场区域之间采用滑移网格进行数据传递。本文主要进行了如下几个方面的工作:1.分析进口温度对压气机性能的影响。本文模拟了进气温度为300K和310K的两种情况,结果表明在温度升高的情况下,压气机的压比降低,从而影响燃机的功率输出。2.分析湿压缩对压气机性能的影响。本文对比了在进气温度310K时,不喷水和喷水两种情况,喷水条件为水滴直径为101μm,喷水量为气体质量0.4%,结果表明湿压缩时,叶片表面静压降低,温度降低,马赫数分布更均匀和总压比升高等性能参数的变化。3.分析湿压缩对叶片的影响。本文模拟了多种喷水条件的情况,对比不同水滴直径和喷水量的条件下,叶片产生的水蚀程度,分析影响水蚀的相关因素。结果表明进气温度越高,水蚀量变小;喷水量和水滴直径越大,水蚀量也越大;第一级动叶吸力面前缘水蚀量最大。4.对水蚀进行试验分析。试验台模拟了在压气机中含有水滴的气流流过金属叶片的情况,试验需要对试验件进行长时间的冲刷,完成后对试验件的质量进行测量,结果表明水蚀后虽然试验件表面更光滑,质量变化较小,但是需要进一步的研究。
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