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《大连理工大学》 2011年
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涡轮叶片三维流场仿真与强度分析

王宏道  
【摘要】:涡轮叶片是燃气轮机的关键部件,其工作在高温高压高速旋转的状态下,受到热载荷、气动载荷、离心载荷等复杂的循环载荷作用,为保证冷却系统的效率和叶片在服役期间的工作寿命,迫切需要对其展开流场耦合分析和强度分析。 针对具有三个冷却通道的简易叶片模型,进行了气热耦合流场分析和流固耦合强度分析。其中气热耦合分析的结果验证了蒸汽冷却方式在冷却效率上要优于空气冷却,并且通过该方法得到的气热耦合分析结果可以作为进一步强度分析的热载荷和气动载荷。流固耦合分析结果表明,同时考虑叶片和周围流场的对流换热以及叶片的网格变形的仿真运算更为贴近真实情况,叶片结构满足强度条件。 在已知冷却通道和主流场进出口边界条件的基础上,针对某双工质冷却涡轮叶片建立了流场实体模型,进行气热耦合流场仿真,获得了包括三维温度场、压力场、速度场等在内的三维流场数据。通过流场的数据分析可以得出,内部采用蒸汽对流换热而外部采用气膜冷却的双工质冷却方式比传统纯空气冷却方式具有更高的冷却效率,可以降低叶片表面平均温度20~50℃。 由于涡轮叶片工作环境的复杂性,受到的温度载荷和气动载荷均是非线性的,而且难以准确描述。通过气热耦合仿真获得的叶片三维温度场和压力场较为准确地模拟了叶片的三维载荷特性,因此将其作为载荷导入到静强度分析中,对叶片模型进行了强度校核。计算结果表明,应力集中主要出现在叶根部位,而且越接近尾缘应力越大。而对另一已知叶片三维温度分布的带榫头动叶所作的强度分析结果则表明,叶片基本满足强度条件,应力集中主要出现在榫齿固定处和叶片吸力面靠近榫头的部位。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK473

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【参考文献】
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