燃氣渦輪擾流冷卻的機理研究.pdf

1、在燃氣渦輪中,提高渦輪進口溫度是提升渦輪性能的重要手段。由于渦輪葉片材料的熔點遠低于渦輪進口溫度,需要有效的冷卻結構保證渦輪葉片持久有效的工作。在渦輪葉片的冷卻結構設計中,只有在掌握了各種冷卻方式的作用機理基礎上,才能實現對冷卻結構的合理組合利用,設計出滿意的冷卻結構。因此,對各種冷卻方式的冷卻機理研究很有必要。
　　本文研究了渦輪葉片內部擾流冷卻的作用過程。包括兩部分內容:帶肋單通道的擾流冷卻數值研究和帶肋雙通道的擾流冷卻數值研

2、究。選擇無量綱Nu和沿程壓力損失為帶肋通道的壁面換熱性能和流動損失的衡量參數,通過對比不同邊界條件的方案,研究擾流冷卻的變化規(guī)律。
　　本文研究中,采用參數化模型,實現網格的自動生成,減少了工作量。在帶肋通道的傳熱計算中,對湍流模型和網格的要求較為嚴格,進行湍流模型的選擇和計算流體域的網格驗證工作。經過四種湍流模型的計算對比,本文中選擇SST格式的k??湍流模型和?-Re?轉捩模型。
　　在帶肋單通道中,首先研究了單個90°

3、擾流肋對流動的影響過程,發(fā)現在擾流肋的前后區(qū)域各存在一大一小兩個明顯的渦區(qū),二者對壁面換熱性能的影響不同。其次研究了多個90°肋和多個60°肋對通道壁面換熱性能的影響,結果表明多肋方案換熱效果更好,但壓力損失提高;60°肋與90°肋對流動擾動方式不同,使得前者方案的換熱性能更好。最后分析了肋間距、進口雷諾數、通道寬高比和肋角四個影響因素對通道壁面換熱性能的影響,結果表明肋間距對不同寬高比通道影響不同;進口雷諾數的提高改善了通道壁面換熱性

4、能,同時降低了通道壓力損失;大寬高比通道的換熱性能優(yōu)于小寬高比,同時通道壓力損失增大;四種肋角方案中,60°和45°方案的換熱性能最好,同時45°方案的通道壓力損失最小。
　　相比于光滑雙通道,帶肋雙通道的壁面整體換熱性能大幅度提高,通道整體壓力損失增大,說明擾流肋對雙通道的換熱性能和流動特性影響均很大。三種進口雷諾數方案中,Re=10000時,旋轉產生的科氏力對雙通道的換熱影響最明顯。進口雷諾數的提高有利于壁面換熱性能的改善,并