【摘 要】
：
提高涡轮进口温度是有效提升燃机热效率的重要途径,交叉肋冷却结构因其冷却效率高、冷却气体用量少的特点受到广泛关注.本文按照采用响应面设计方法得到的曲面优化设计方案,对某型涡轮叶片局部交叉肋冷却结构流道进行数值模拟,分析了肋宽与肋间距以及肋片倾斜角度对交叉肋通道换热与流阻特性的影响,结果表明:肋倾角小,肋宽与肋间距之比大,雷诺数小的方案换热能力更强,雷诺数高的方案的阻力损失更大;肋倾角大,肋宽与肋间距之比小,雷诺数小的方案综合换热效果更好.此外,结合响应面方法获得了该局部位置交叉肋的气动和传热性能的预测公式.
【机 构】
：
海军驻哈尔滨地区第一军事代表室,黑龙江哈尔滨150001;中国船舶集团有限公司第七○三研究所,黑龙江哈尔滨150078
论文部分内容阅读
提高涡轮进口温度是有效提升燃机热效率的重要途径,交叉肋冷却结构因其冷却效率高、冷却气体用量少的特点受到广泛关注.本文按照采用响应面设计方法得到的曲面优化设计方案,对某型涡轮叶片局部交叉肋冷却结构流道进行数值模拟,分析了肋宽与肋间距以及肋片倾斜角度对交叉肋通道换热与流阻特性的影响,结果表明:肋倾角小,肋宽与肋间距之比大,雷诺数小的方案换热能力更强,雷诺数高的方案的阻力损失更大;肋倾角大,肋宽与肋间距之比小,雷诺数小的方案综合换热效果更好.此外,结合响应面方法获得了该局部位置交叉肋的气动和传热性能的预测公式.三组回归预测方程的预测值与数值模拟值的平均误差分别为3.7％、6.5％、4.6％,一定程度上为后续交叉肋结构的优化设计奠定了基础.
其他文献
11月4日,中通LCK6806EVGA2纯电动城乡公交车正式交付山西长治,投入城乡客运班线改造中,加速当地城乡客运一体化进程.rn随着该批中通LCK6806EVGA2的交付,长治市的城乡一体化建设再上新台阶.rn近年来,长治市坚持“公交优先,城乡一体”的发展理念,大力实施城乡客运公交化改造,全面推进城乡客运一体化发展.目前长治已开通城乡公交线路600余条,所有建制村通客车,12个县区中已有8个县区实现城乡客运公交一体化运营.
人间净土,大美阿坝.11月4日,38辆安凯高端公商务旅游客车宝斯通K7正式交付阿坝大九寨旅游集团(以下简称:大九旅集团).rn车辆交付后将在四川省阿坝州四姑娘山风景区和达古冰川风景区投入运行,以高品质产品提升游客出行体验,助推阿坝州全域旅游提档升级,助力当地旅游业高质量发展,为当地增添更多更美的亮丽风景线.
基于颗粒速度、温度、粘度和组分之间的函数关系以及与壁面的碰撞、反弹、粘附和去除机制,建立了CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)颗粒在涡轮叶片表面沉积的数学模型,研究了不同吹风比0≤M≤2和粒径下气膜冷却共轭传热性能对气膜冷却有效度、CMAS沉积效率和沉积规律的影响规律.结果 表明:当吹风比为0≤M≤2时考虑共轭传热的平均气膜冷却有效度随吹风比非线性增大,M＞1.5时气膜孔下游出现明显的对转涡对和冷却剂射流分离;气膜孔出口存在被CMAS堵塞的潜在风险,小吹风比时气膜孔被严重堵塞,大吹风比时气膜孔
燃气轮机透平叶顶区域存在复杂的流动和换热问题,承受很高的热负荷.为了降低透平动叶叶顶温度,在透平叶顶现有结构的基础上提出气膜冷却和气膜+内冷通道冷却两种叶顶冷却方案,并通过流热耦合计算分析冷却升级前后叶顶区域的换热和流动特性.研究发现:叶顶气膜冷却方案可有效降低叶顶温度,特别是叶顶前缘至中弦区域;而气膜+内冷通道冷却方案基于外部气膜冷却,结合内部冷却通道设计,可进一步降低叶顶尾缘的温度;与原型叶片相比,气膜+内部冷气通道的复合冷却设计可以使叶顶尾缘最高温度降低24 K.
按照涡轮传热分层设计流程,对某型燃气轮机高压涡轮导叶进行了冷却结构设计.利用管网设计方法快速得到符合设计要求的基本冷却结构,采用UG建模与自编程序相结合快速生成实体模型,并选取两种典型冷却方案进行全三维气热耦合计算.计算结果表明:两种冷却方案总冷气量基本相同时,前腔冷气流量更大的方案2满足设计要求,其前腔无量纲流量为0.0527,后腔无量纲流量为0.0494,叶片表面无量纲平均温度为0.6667,无量纲最大温度为0.7371;增大吸力面“簸箕”形状气膜孔的冷气流量,可以有效降低吸力面中后部高温区域的温度;
为研究燃油流量瞬时变化时离心喷嘴的初始雾化特征,以高频激光和高速相机作为测试系统,以柱塞泵提供流量激励作为非定常输入进行了试验研究.研究表明:离心喷嘴初始雾化的初始液膜段流动稳定,基本无扰动;无流量激励下的液膜扰动段和初始雾化终点存在较明显的波动特征;在29.2％流量激励下的试验结果表明,流量激励不影响初始液膜的流动,但会导致初始雾化终点以1.8 mm的幅值和21 Hz的主频率呈周期性变化.
提出了一种适用于双层壁叶片的冷却设计流程.沿叶片的叶高和流向抽象提取出简单冷却单元,对其建立一维管网模型并进行多次管网计算,得出各个单元最优的冷却结构方案.将设计好的冷却单元映射回实际叶片中,并对叶片建立一维管网模型,经过多次冷却结构调整与计算迭代,得到叶片初步的冷却结构.对该叶片进行三维气热耦合计算,只需要局部冷却结构微调和少量的CFD计算,就可以得出最终的冷却设计方案.最终设计的叶片CFD计算得到的平均温度为1049K,总冷气量为0.288 kg/s,与管网计算结果1059 K和0.337 kg/s相
为了研究旋流进气条件下姊妹孔副孔的排列方式和冲击孔角度在不同吹风比下对旋流气膜冷却效果的影响规律,采用旋流冷气腔,按上述两因素建立7个模型,并在6个吹风比下对各模型采用传质传热类比方式进行数值模拟计算.研究结果表明:在吹风比较小时,各模型冷气射流的贴壁性都较好,且各模型的冷却效率相差不大,但是随着吹风比的增大,各模型的冷却效率都有所下降;采用30°冲击孔针对姊妹孔副孔排列方式,两副孔轴线与主孔轴线距离L1,L2均为0.75D的模型1在6个不同的吹风比下都能取到最高的面平均冷却效率;冲击孔角度对气膜冷却效果
为了研究工业燃气轮机燃烧室旋流器旋流角度对燃料/空气混合均匀度以及NOx排放的影响,针对某型燃烧室的中心分级双级轴向旋流器,应用Fluent软件,选择Realizablek-ε和Species Transport模型,在燃气轮机的设计工况下对不同旋流角度回流区形态、甲烷的体积分数分布、温度场和污染物的排放进行了数值模拟.研究表明:随着内旋流角度从30°增加到50°,燃烧室内流场形成的回流区尺寸有减小的趋势,燃料的分布趋于均匀,主燃区最高温度从2304 K降低到2180 K,NOx排放呈先增大后减少的趋势,
为了探究气膜冷却的优化设计方法,研究并搭建了气膜冷却优化设计平台.利用该优化设计平台能够实现气膜冷却结构的参数化设计、网格自动生成、自动CFD计算及后处理和自动优化寻优过程.同时在该优化平台下,利用试验设计(DOE)方法挑选出了对目标函数影响最大的几个变量.最后利用该优化平台,实现了对某型高压涡轮第一级导叶前缘气膜孔的单目标优化,优化后叶片综合平均冷却效率提高了18.8％,叶片前缘的平均温度降低了40 K.